Najszybsze bezprzewodowe łącze o prędkości 2,56 Tbps

Zespół naukowców z USA i Izraela zdołał wykorzystać zjawisko „zawijania” promieni świetlnych w kształt podobny do helisy DNA, do osiągnięcie prędkości 2,56 Tbps dla bezprzewodowej transmisji wykorzystujące wiązki światła. To około 85 tysięcy razy szybciej niż szerokopasmowe łącze o przepustowości 30 Mb.

Komunikacja bezprzewodowa ma tę wadę, że dla danej częstotliwości nośnej i pasma o określonej szerokości, mamy ściśle określoną maksymalną przepustowość. Aby ją zwiększyć konieczne jest stosowanie wyższych częstotliwości, szerszych pasm, multipleksowanie kilku wiązek, a także wykorzystanie własności fal elektromagnetycznych znanej jako spinowy moment pędu. To jednak nie wszystko.

Jest jeszcze jedna własność fal elektromagnetycznych - orbitalny moment pędu (OAM) - która do niedawna wymykała się zainteresowaniu branży IT. Kierowany przez Alana Willnera zespół naukowców z USA i Izraela pokazał, że OAM można wykorzystać dla stworzenia bardzo szybkiego łącza bezprzewodowego.

Połączono ze sobą osiem wiązek świetlnych o przepustowości około 300 Gb każda. Najpierw połączono cztery wiązki światła o różnych wartościach OAM wykorzystując kwadraturową modulację amplitudowo-fazową (16-QAM) w strumień danych o przepustowości około 1,37 Tb, a następnie zmultipleksowano dwa takie strumienie odpowiednio je polaryzując (przypomina to sytuację gdy jeden strumień skręcony jak korkociąg opleciony jest przez drugi) aby osiągnąć prędkość transferu 2,56 Tbps. Wyrażając tę prędkość bardziej zrozumiałych jednostkach jest to 320 gigabajtów na sekundę.

W teorii liczba stanów kwantowych odpowiadających różnym wartościom OAM jest nieograniczona.

Eksperymentalny strumień światła pozwolił nie tylko przesłać bardzo szybko dane, ale również na bardzo efektywne wykorzystanie dostępnego dla transmisji pasma fal elektromagnetycznych. W omawianym eksperymencie wartość efektywności widmowej (spectral efficiency) wyniosła 97,5 bps/Hz. Dla komunikacji Wi-Fi jest to kilkanaście razy mniej, na przykład 7,5 bps/Hz (standard 802.11n)

Mówiąc inaczej na paśmie szerokości 40 MHz za pomocą technologii Wi-Fi możemy przesłać dane z prędkością 300 Mbps, a eksperymentalną wiązka światła z prędkością około 3,9 Gbps. W przypadku fal światła widzialnego, których długość odpowiada częstotliwości od 400 do 800 THz możemy pozwolić sobie na znacznie szersze niż w dla Wi-Fi pasmo.

Zasięg komunikacji z prędkością 2,56 Tbps na razie jest bardzo mały, wynosi jedynie metr. Zespół chce teraz zwiększyć go do jednego kilometra, co pozwoli myśleć o praktycznych zastosowaniach. W bliżej nieokreślonej przyszłości wspomniana technologia może przydać się do szybkiej komunikacji pomiędzy satelitami, a być może nawet w skali międzyplanetarnej. Szybciej niż planowane przez NASA laserowe łącze na Marsa.

Zapewne część z czytelników czuje się zawiedziona i zadaje pytanie. Na co mi takie łącze? Dla osłody dodamy, że omawiana technologia ma szansę sprawdzić się również w komunikacji światłowodowej, a to już bardzo duża korzyść, a także w przypadku tradycyjnej bezprzewodowej komunikacji radiowej.

Więcej o technologiach komunikacyjnych:

• Recepta na problem ostatniej mili
• ESA Alphasat: laserowa komunikacja pomiędzy satelitami
• Laserowe 100 megabitowe łącze prosto na Marsa
• Sieci optyczne szybsze i tańsze - mikroczipy wewnątrz światłowodu
• Power-over-Fiber: zasilanie poprzez światłowód

Źródło: BBC