马可尼激发莱斯大学研制1THz无线通信系统

来源：phys.org；电子科技大学太赫兹研究中心 四川太赫兹应用研究联合课题组 操岳衡 编译

这种硅锗芯片将一个数字触发转变为一个频率范围超过1 THz的5皮秒的太赫兹辐射脉冲。该芯片支持重复率高达10GHz，提供光束转向能力，包含一个小的可以以300飞秒分辨率独立编程的阵列天线的发射器。来自：Jeff Fitlow /Rice大学

莱斯（Rice）大学的无线研究人员借鉴了无线电发明家Guglielmo Marconi制造了第一个能够传输每秒1 terabit数据的无激光无线系统。这样的速度是当今顶级的4G无线网络速度的20000倍，是美国最快的家庭互联网服务速度的20倍。一个1 terabit/s信号可以同时观看200000部高清电影。

Rice大学电气与计算机工程系教授兼主任Edward Knightly说，“无线电打破太比特每秒传播速度这个瓶颈将使无线应用和通信进入一套全新的模式。”他是美国国家科学基金会（NSF）支持的为期三年的130万美元用于开发太比特无线技术项目的首席研究员。

2016 Cisco公司的研究发现，全球移动数据流量到2015年增长了74%，2015年12月已经增长到每月3.7亿字节（几乎3000万比特），所以这种传播速度被迫切的需要。该报告发现，智能手机数据使用量在2015年增长了43%，每月平均用户消费929 MB。这种增长很大程度上是由于大家越来越喜欢在移动终端上观看视频。Cisco公司发现2015年视频流量占所有移动数据流量的55%。

这种硅锗芯片将一个数字触发转变为一个频率范围超过1 THz的5皮秒的太赫兹辐射脉冲。该芯片支持重复率高达10GHz，提供光束转向能力，包含一个小的，可以以300飞秒分辨率独立编程的阵列天线的发射器。来自：Jeff Fitlow /Rice大学

这一需求水平使美国国家科学基金会在过去五年里对无线电频谱研究投资超过6000万美元。美国国家科学基金会今天宣布资助Rice大学研究的是一个价值1100万美元的新一轮投资。

Knightly和首席研究员Aydin Babakhani计划用无线电脉冲技术去打破1 terabit/s这个瓶颈。这代表了无线公司几十年来一直依赖的载波调制技术将被打破。Rice大学的电气和计算机工程助理教授Babakhani说，脉冲技术可能是唯一一种在单一信道内支持1terabit/s 左右数据速率的无激光无线技术，但他的团队必须清楚想要论证每秒能够发送和接收1万亿高频无线电脉冲信号仍然有很多困难。

Babakhani说，“脉冲技术并不是新的技术，Marconi上世纪90年代第一次将它展示出来。他用一个天线连接到一个大的电容器。通过充电，使得能量增加，直到电压差电离出空气间隙，然后所有的能量立即被传送到天线上。这是第一个基于脉冲的通信网络。他用它来表明可以传输很长的距离，这是低频率的。

Rice大学工程研究人员Aydin Babakhani（左）和Edward Knightly从无线电发明家Guglielmo Marconi那里获得灵感创建了第一个无激光无线系统，系统每秒能传输1 terabit的数据。来自：Jeff Fitlow /Rice大学

“我们的脉冲系统受Marconi的发明的启发，我们用一个片上天线通过一个高速双极型晶体管，而不是像Marconi 让能量通过空气间隙传输到这个大的电容器里。“他说。”我们将磁能量储存在片上，然后使用一个简单的数字触发器去释放它。一旦释放，它会变成一个皮秒脉冲辐射出去。没有振荡器：它是直接从数字到脉冲的辐射，与基于脉冲系统的激光不同，它只能发送甚至更短的脉冲，而我们可以非常快的发送许多脉冲，这些脉冲会转变成一个高的脉冲重复频率，这对于实现我们的数据传输目标至关重要。

Babakhani的实验室在今年早些时候创下了一项世界纪录，他们发射了最短的1.9皮秒的无线电脉冲，将开发和制造一个餐盘大小的发射机，可在高频率范围从100 GHz到几个THz发送甚至更短的脉冲。发射机实际上包含约10000个单独的天线，每一个都是一个单独的芯片，能够单独发送皮秒无线电脉冲。Babakhani说，天线的数目将增加信号强度，该技术有可能使发射距离达到1/4英里。此外，天线阵列能够让我们精确地控制信号。

“调制的，基于频率的通信技术在较低频率的无线电波已经做得很完美了，我们在过去的半个世纪里一直使用着，但在频率高于100兆赫的时候一切都变了，”Knightly说。“我们把这些信号移动到一个有效可控的体系里面，而不是让它们反弹并分散在环境中。好处是我们要将所有的带宽跟信息去直接冲击一个设备，就像一个尖锐的激光的中心一样，没有人能够拦截该信号，因为任何线下的接收器根本检测不到它。所以，我们聚焦的点像是一束激光，但我们使用的是无线电。面临的挑战是需要控制光束到正确的时间在正确的地方，发射到用户移动的位置。”