Japonya 100 Gbps'yi Aşan Yüksek Frekanslı Hızlarla 6G'de Önemli Bir Dönüm Noktası Yakaladı

Japonya'daki bilim insanları, yeni nesil 6G kablosuz ağlarının kurulumu için kritik öneme sahip belirli bir spektrum bandında verileri saniyede 112 gigabit (Gbps) hızla iletmenin bir yolunu keşfetti.

Bu atılımı gerçekleştirmek için araştırmacılar, mikrocomb'larla çalışan yeni bir tür terahertz kablosuz iletişim sistemi geliştirdi. Mikrocomb'lar, kablosuz ağlar için optik frekanslar üreten mikroçiplere yerleştirilmiş özel fotonik cihazlardır. Ekip, bu sistemi yüksek dereceli modülasyon teknikleriyle — sınırlı bant genişliğinde daha yüksek veri aktarım hızları sağlamaya yönelik gelişmiş yöntemlerle — birleştirerek 560 gigahertz spektrum bandında son derece yüksek kablosuz iletişim hızlarına ulaştı.

420 GHz'in üzerindeki bir frekansta ilk kez bu hızlara ulaşılması, sistemin ultra yüksek frekanslarda geleneksel elektroniği zorlayan sinyal gücü ve gürültü sınırlamalarını aşabildiğini gösterdi. Bu sorunlar normalde veri hızlarını çok daha düşük seviyelerde tutuyordu. Araştırmacılar bulgularını 16 Mayıs'ta Communications Engineering dergisinde yayımladı.

Çalışmanın ortak yazarlarından ve Tokushima Üniversitesi Post-LED Fotonik Enstitüsü profesörü Takeshi Yasui, yaptığı açıklamada şöyle dedi:

"Bu sonuç, pratik 6G kablosuz sistemleri ve ultra yüksek hızlı mobil backhaul ağları için önemli bir adımı temsil ediyor."

 

Işık olsun

5G kablosuz hızları oldukça yüksek olsa da — ABD'de ortalama yaklaşık 300 megabit/saniye (Mbps) — dünya genelinde 6G ağlarını tasarlamak ve yaygınlaştırmak için çalışmalar şimdiden devam ediyor. Gelecekte bilim insanları, hızların teorik olarak saniyede 1 terabite ulaşacağını öngörüyor. Bu, günümüzün ortalama 5G hızlarından 3.000 kattan fazla ve 5G'nin teorik sınırından 50 kat daha hızlı demek.

Ticari 6G ağlarının 2030 yılı veya sonrasında kullanıma sunulması bekleniyor, ancak bu ağların kurulabilmesi için hâlâ önemli çalışmalar gerekiyor. Sonuçta 6G'nin sağlanabilmesi için, 350 GHz'in üzerindeki süper yüksek frekanslı terahertz dalgalarından yararlanan hızlı bir kablosuz backhaul ağına ihtiyaç duyulacak. Bu frekansın altında kalan elektronik spektrum zaten 5G sinyalleriyle yoğun şekilde dolu ve yeni nesil hızlarda büyük miktarda veri taşımak için yeterli frekans kapasitesine sahip değil.

Geleneksel elektronik sistemler terahertz spektrumuna çıkmaya çalıştığında, sinyaller güç eksikliği veya "faz gürültüsü" nedeniyle zarar görüyor. Faz gürültüsü, sinyalde meydana gelen dalgalanmalar anlamına geliyor ve istenen sinyalleri istenmeyenlerden ayırmayı zorlaştırıyor. Bu durum, 350 GHz üzerindeki frekanslarda sinyal kararlılığını ve taşınabilecek veri miktarını sınırlıyor.

Bu nedenle veriyi taşımak için ışığın kullanıldığı fotonik teknolojiler, 6G ağlarına giden yol olarak görülüyor. Ancak geleneksel fotonik sistemler, doğru çalışabilmek için hassas optik hizalama gerektiren büyük lazer sistemlerine ihtiyaç duyuyor ve yine de faz gürültüsünden etkileniyor.

Bu zorlukları aşmak için bilim insanları, hassas ışık çizgileri dizisi üretebilen optik mikrocomb'ları araştırıyor. Bunların yüksek optik kararlılığı faz gürültüsünü en aza indiriyor. Ancak yine de hassas optik hizalama gerektiriyorlar; gerçek dünyadaki ağ kurulumlarında titreşimler bu hizalamayı bozabilir ve kurulu bağlantıları etkileyebilir.

Araştırmacılar yeni çalışmada, bu mikrocomb'ların "yüksek hızlı veri iletimi için kararlı sinyal üretimi ile yüksek dereceli modülasyonu aynı anda sağlayamadığını" belirtti.

 

Bağlantılar kurmak

Bu atılım, bir optik fiberin doğrudan bir silikon nitrür mikrorezonatöre bağlanmasıyla gerçekleşti. Mikrorezonatör, lazer ışığını milyonlarca hassas lazer çizgisine dönüştüren bir mikrocomb fotonik yapısıdır. Fiber optiklerin mikrocomb'larla birleştirilmesi, hassas optik hizalama sorununu ortadan kaldırıyor. Daha geleneksel fotonik sistemlerde ise lazer ışığının mikroçiplere yönlendirilebilmesi için optik mikroskoplar kullanılarak birçok eksen ve aşamada dikkatlice hizalanması gerekiyor.

Araştırmacılar, mikrocomb sistemiyle veri göndermek için lazerlerle enjeksiyon kilitleme yöntemi kullanarak yüksek kararlılığa ve yüksek sinyal-gürültü oranına sahip iki optik sinyal taşıyıcısı üretti. Daha sonra verileri, QPSK ve 16QAM adlı yüksek dereceli modülasyon formatları kullanarak bu sinyallere kodladılar. Bu yöntem, tek bir dalga iletimine mümkün olduğunca fazla veri sığdırmanın bir yoludur. Ardından optik sinyalleri fotomiksleme adı verilen bir teknikle 560 GHz'lik terahertz dalgasına dönüştürerek alıcıya gönderdiler.

Deneylerde QPSK ile 84 Gbps, 16QAM ile ise 112 Gbps hızlarına ulaşıldı. Sonuçlar, araştırma ekibinin yalnızca 0,2 inç (5 milimetre) genişliğinde bir vericiyle 100 Gbps'nin üzerinde veri iletim hızlarına ulaşabilen kompakt ve kararlı bir terahertz sinyal kaynağı geliştirdiğini gösterdi. Karşılaştırma yapmak gerekirse, geleneksel bir mikrocomb sistemi 17,7 inç (450 mm) genişliğindedir.

Araştırmacılar ayrıca mikrorezonatöre bir sıcaklık kontrol fonksiyonu entegre ederek sistemin sıcaklık dalgalanmalarına dayanabilmesini ve gerekli optik rezonans özelliklerini daha güvenilir şekilde yeniden üretebilmesini sağladı.

Araştırma ekibi, faz gürültüsünü daha da azaltmanın ve sistemlerinin çıkış gücünü artırmanın yollarını bularak veri aktarım hızlarını daha da yükseltmeyi planlıyor. Ancak çalışma şimdiden ultra yüksek hızlı kablosuz backhaul ağları oluşturmak için teknolojik bir temel ortaya koyuyor. Böyle bir ağ, yüksek hızlı iletişim ağlarının omurgasını oluşturan yer altı fiber optik kablolara olan ihtiyacı azaltabilir ve pratik 6G uygulamalarının önünü açabilir.