Les futurs réseaux sans fil de la 6e génération (6G) consisteront en une multitude de petites cellules radio qui devront être connectées par des liaisons de communication à large bande. Dans ce contexte, la transmission sans fil aux fréquences THz représente une solution particulièrement attractive et flexible. Des chercheurs de l'Institut de technologie de Karlsruhe (KIT) ont maintenant développé un nouveau concept de récepteurs térahertz à faible coût qui se composent d'une seule diode associée à une technique de traitement du signal dédiée. Dans une expérience de preuve de concept, l'équipe a démontré une transmission à un débit de données de 115 Gbit/s et une fréquence porteuse de 0,3 THz sur une distance de 110 mètres. Les résultats sont rapportés dans Photonique de la nature .

La 5G sera suivie de la 6G :la sixième génération de communications mobiles promet des débits encore plus élevés, latence plus courte, et des densités fortement accrues de terminaux, tout en exploitant l'intelligence artificielle (IA) pour contrôler des appareils ou des véhicules autonomes à l'ère de l'Internet des objets. "Pour servir simultanément le plus d'utilisateurs possible et transmettre les données à la plus grande vitesse, les futurs réseaux sans fil seront constitués d'un grand nombre de petites cellules radio, " explique le professeur Christian Koos, qui travaille sur les technologies 6G au KIT avec son collègue le professeur Sebastian Randel. Dans ces cellules radio, les distances sont courtes de sorte que des débits de données élevés peuvent être transmis avec une consommation d'énergie minimale et une faible émission électromagnétique. Les stations de base associées seront compactes et pourront facilement être montées sur des façades de bâtiments ou des lampadaires.

Pour former un réseau puissant et flexible, ces stations de base doivent être connectées par des liaisons sans fil à haut débit qui offrent des débits de données de dizaines voire de centaines de gigabits par seconde (Gbit/s). Ceci peut être accompli par des ondes porteuses térahertz, qui occupent la gamme de fréquences entre les micro-ondes et les ondes lumineuses infrarouges. Cependant, les récepteurs térahertz sont encore assez complexes et coûteux et représentent souvent le goulot d'étranglement de la bande passante de l'ensemble du lien. En coopération avec Virginia Diodes (VDI) à Charlottesville, NOUS., chercheurs de l'Institut de photonique et d'électronique quantique (IPQ) du KIT, Institut de technologie des microstructures (IMT), et l'Institute for Beam Physics and Technology (IBPT) ont maintenant démontré un récepteur particulièrement simple et peu coûteux pour les signaux térahertz. Le concept est présenté dans Photonique de la nature .

Débit de données le plus élevé démontré à ce jour pour les communications THz sans fil sur plus de 100 mètres

"En son coeur, le récepteur est constitué d'une seule diode, qui redresse le signal térahertz, " dit le Dr Tobias Harter, qui a réalisé la démonstration avec son collègue Christoph Füllner dans le cadre de sa thèse de doctorat. La diode est une diode à barrière dite Schottky, qui offre une large bande passante et qui sert de détecteur d'enveloppe pour récupérer l'amplitude du signal térahertz. Décodage correct des données, cependant, nécessite en outre la phase dépendante du temps de l'onde térahertz qui est généralement perdue lors du redressement.

Pour surmonter ce problème, les chercheurs utilisent des techniques de traitement du signal numérique en combinaison avec une classe spéciale de signaux de données, pour laquelle la phase peut être reconstruite à partir de l'amplitude via les relations dites de Kramers-Kronig. La relation de Kramers-Kronig décrit une relation mathématique entre la partie réelle et la partie imaginaire d'un signal analytique. En utilisant leur concept de récepteur, les scientifiques ont atteint un taux de transmission de 115 Gbit/s à une fréquence porteuse de 0,3 THz sur une distance de 110 m.

« Il s'agit du débit de données le plus élevé démontré à ce jour pour la transmission sans fil térahertz sur plus de 100 m, " dit Füllner. Le récepteur térahertz développé par KIT se distingue par sa simplicité technique et se prête à une production de masse rentable.