在引入宽带蜂窝网络(5G)的第五代技术标准后，世界各地的工程师现在正在研究可以进一步加快通信速度的系统。从6G开始，下一代无线通信网络将需要能够在亚太赫兹和太赫兹频段(即从100GHz到10THz)进行通信的技术。

虽然已经提出了一些系统来实现这些频段的通信，专门用于个人使用和局域网，但一些应用将受益于更长的通信距离。到目前为止，生成包含信息并且可以长距离传输的高功率超宽带信号一直具有挑战性。

美国宇航局喷气推进实验室(JPL)，东北大学和空军研究实验室(AFRL)的研究人员最近开发了一种系统，可以在几公里的亚太赫兹频段内实现每秒数千兆位(Gbps)通信。该系统发表在Nature Electronics上的一篇论文中，利用了基于肖特基二极管的片上功率组合倍频器设计，肖特基二极管是由半导体和金属结形成的半导体二极管，由NASA JPL开发。

“由于不利的信道特性和缺乏高功率设备，传统上不考虑100 GHz以上的频率用于通信应用，”进行这项研究的AFRL研究员Ngwe Thawdar博士告诉Tech Xplore。

“我们在这里建立了一个独特的团队，NASA JPL带来了独特的设备专业知识，东北大学带来了信号处理和通信，AFRL在相关环境中进行了严格的大规模测试和评估。在本文中，我们证明了这些频率在下一代通信应用中的可行性，并将太赫兹通信技术从视觉变为现实。

Thawdar博士及其同事最近工作的主要目标是证明在100 GHz以上频率下通信链路的可行性，在数据速率高于1 Gbps的情况下，距离超过1公里兰特。他们提出的系统超出了他们的预期，实现了超过2公里范围内的通信，数据速率超过1 Gbps。

“我们系统的关键新颖之处在于我们用我们想要传输的信息调制太赫兹载波信号的方式，”东北大学的Josep Jornet博士告诉Tech Xplore。“在传统系统中，混频器(我们用来将信息添加到信号中的设备)在倍频器之后，在天线之前，就存在于发射器上。在我们的例子中，我们在倍频器之后有如此大的功率，以至于混音器会爆炸。

为了克服与他们正在解决的问题相关的与电力相关的挑战，Thawdar博士，Jornet博士和他们的同事测试了两种合理的解决方案。第一种需要调制系统中的本地振荡器，然后将其上变频为太赫兹频率，而第二种涉及在信号半程时通过所谓的倍频过程进行调制。

这两种策略都允许他们添加信息并保持所需的最大输出功率。他们唯一的附加要求是执行额外的信号处理，以预补偿倍频器引入的失真。

“多年来，人们普遍认为太赫兹通信只能在短通信距离(最多几十米)上可行，”东北大学的Priyangshu Sen博士告诉Tech Xplore。

“在这里，我们展示了我们目前可用的创新技术，不同硬件构建块和定制信号处理的智能组合，我们可以在几公里内以太赫兹频率进行通信。这为太赫兹通信打开了大门，可能会取代昂贵且有时技术上具有挑战性的光纤部署，从而促进今天没有超宽带互联网连接的社区获得超宽带互联网连接。

这组研究人员所取得的非常有希望的结果可以为极高频段的通信开辟新的和令人兴奋的可能性。在未来，这项工作可能会激发对更具挑战性的应用的研究，例如将太赫兹通信用于卫星和空间链路。

“既然我们已经展示了太赫兹频率的艺术，下一步是扩大我们在工业基础上的合作伙伴关系，为国防和商业应用提供下一代通信系统，”Thawdar博士补充道。