首次太赫兹多路复用数据传输试验将通信速率提高100倍

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    多路复用是指通过一个信道发送多个信号，已经成为当前语音或数据通信系统的基本特征。日前，来自美国布朗大学等机构的研究人员首次展示了利用太赫兹波进行多路复用数据传输的方法，数据传输速率可达50Gbps，这种高频电磁波可以使下一代超高带宽无线网络通信成为可能。 
    8月10日出版的《自然·通讯》期刊发表了美国布朗大学的研究论文。研究人员称通过太赫兹多路复用器发射了两段实时视频信号，数据传输速率达50Gbps（吉比特每秒），比当前最快的蜂窝网络快约100倍。 
    “研究表明，我们能以很高的传输速率和很低的误码率通过太赫兹波来传输信息”，通信作者、美国布朗大学工程学院教授丹尼尔·米特尔曼（Daniel Mittleman）表示，“这是首次利用实际数据流对太赫兹多路复用系统进行测试和分析，研究结果表明，这种方法未来用于太赫兹无线网络通信是可行的。” 
    当前的声音或数据传输系统都是利用微波来携带无线信号。但由于数据量的指数级增长，微波网络已经越来越难以满足高速通信的需求。太赫兹波比微波频率高很多，能够携带更多的数据。然而，科学家目前才刚刚开始对太赫兹波开展研究与试验，太赫兹通信的许多基本要素还不具备。 
    复用/解复用（简写为mux/demux）系统技术是其中的基本要素之一。这项技术允许一条电缆承载多个电视频道或者成百上千的用户访问无线Wi-Fi网络。为此，研究人员以两块平行放置的金属片作为波导，其中一片中间有一道细缝，当携带数据的太赫兹电波通过波导时，它们射出细缝的角度会因频率差异而有所不同，藉此区别成不同的信号。 
    由太赫兹波本身的特性所决定，太赫兹通信网络中的信号将作为定向波束传播，而不是像现有无线通信系统进行全向广播。传播角度和频率之间的方向关系是利用太赫兹系统复用/解复用的关键。特定位置的用户（因此从多路复用系统的特定角度）将在特定频率上进行通信。 
    2015年米特尔曼实验室首次在论文中描述了太赫兹波导的概念。在最初的研究中，他们使用了一种宽带太赫兹光源，以确认不同频率电磁波确实是从设备上以不同的角度出现，从而证实了这种方法在理论上是可行的。米特尔曼表示，最近的研究采用了实际数据对装置进行了测试，这是太赫兹多路复用通信技术研究的关键一步。 
    米特尔曼近期的实验表明，数据无差错传输速率达到10吉比特每秒，比目前的标准Wi-Fi速度要快得多。当传输速率提高到50吉比特每秒（每个信道25吉比特每秒）时，误码率有所增加，但仍远小于当前通信网络的误码率，可通过前向纠错方法进行纠正。 

    研究人员计划继续对太赫兹通信系统结构和组件进行开发。米特尔曼近期已经获得美国联邦通信委员会（FCC）颁发的许可证，获准在布朗大学校园内开展太赫兹通信户外测试。这是FCC颁发的最高频率的通信牌照，米特尔曼认为这可能是FCC严肃考虑开展太赫兹通信研究的开始。 
    这项工作获得了美国国家科学基金会、美国陆军研究局凯克基金会和法国国家科研署等机构的资助。