Understanding Terahertz Frequencies

إن الطيف الكهرومغناطيسي واسع، وطوال عقود، كانت الاتصالات اللاسلكية تعمل إلى حد كبير دون 100 غيغاهيرتز، وبينما ندفع نحو 6 جي، فإن الاهتمام يتحول إلى نطاق تيراهرتز (ثاز) الذي يتراوح بين 0.1 ثيس و 10 ثيس، حيث تراوحت معدلات الترددات بين الموجات المتوسطة والخفية، مما يتيح بقعة حلوة لنقل الموجات ذات الترددات المتوسطة.

ولوضع هذا في الاعتبار، يستخدم 4G LTE الترددات دون 2.5 غيغاهيرتز، بينما يعمل 5 جي إم بي إم دبليو في حوالي 24 إلى 40 غيغاهيرتز، مع بعض الفرق التجريبية حتى 70 جيهرتز، وتيرهارتز تبدأ تقريبا ثلاثة أوامر ذات حجم أعلى، أما النطاق الترددي المتاح في منطقة ثيث فهو هائل - يمكن أن تكون القنوات الفردية خيام للزرقيق - تطبيقات تمكينية كانت في السابق ذات طابع علمي.

The promise of 6G Networks

6 زاي يُتوخى أن يكون تحولاً في النموذج يتجاوز الأهداف الطموحة بالفعل لـ 5 زاي. وفي حين أن 5G جلبوا عرضاً عالياً وبطاقات منخفضة، فإن 6G يهدف إلى تحسين نظام التنقل: معدلات البيانات القصوى التي تتجاوز 1 تيب، والارتفاع دون 0.1 متر، والوصلات التي يمكن الاعتماد عليها إلى أجهزة قياس ثلاثية الأبعاد، وهي تمثل حقاً حجر الزاوية في هذه الرفات المتطرفة.

معدلات البيانات في أعلى درجة لتطبيقات مراعية للمشاعر

With terahertz links, downloading a 4K movie could take less than a second. More importantly, real-time holographic communications, volumetric video streaming, and untethered extended reality (XR) become feasible. These applications demand massive bandwidth - a single holographic stream may require tens of Gbps. Researchers at NoFkia Bell Labs[1] distance

الحد الأدنى من الاحتياطات والتحكم في الوقت الحقيقي

ومن المتوقع أن تكون درجة الحرارة في 6 زاي غير مقبولة تقريبا، إذ أن قصر مدة الرموز الممكنة في ترددات ثيث تسمح بالتجهيز والتزامن بسرعة كبيرة، وهذا أمر حاسم بالنسبة لتطبيقات مثل الجراحة الآلية النائية، والتنسيق المستقل للمركبات، والتشغيل الآلي الصناعي حيث يمكن أن يكون التأخيرات في الثانية ميلي كارثية، مع وجود حوسبة متطورة ومتقدمة، يمكن أن توفر وصلات الاتصال معدة.

القدرة على التواصل مع الأجهزة الشهيرة والتوعية

6G networks will not only connect people but also a vast range of sensors and actuators. Terahertz waves are naturally suited for high-resolutionens and imaging due to their short wavelengths. This allows for integrated communication and Sen - a concept called Joint Communication and Sensing (JCAS). A single THz base station could concur deliver high-speed data and capture finegrained environmental navigation.

التحديات التقنية في الطريق إلى تيراهارتز

وعلى الرغم من وعدها، فإن انتشار ترددات تيراهرتز يواجه عقبات هائلة، ويعالج الباحثون كل منها بفعالية، ولكن الطريق إلى الانتشار التجاري لا يزال متأزما.

الإنجاب والاستيـد في الغلاف الجوي

(أ) أن تكون موجات التير [الطنجة] مستوعبة بقوة من بخار الماء في الغلاف الجوي، والأكسجين، والجزئات الأخرى، وفي 0.1 تي، فإن الإصدار يقترب من 0.1 د/كتار، وفي 1 ثازل، يرتفع إلى 10-20 د/ك، وفي ترددات أعلى يصبح حظراً.

جهاز إرسال وتصميم هوائي

(ب) إن بناء أجهزة إرسال ذات كفاءة في الترددات التاهرتزية يشكل تحدياً كبيراً في المعدات، فالتكنفُّل التقليدي القائم على النظام المركزي للرصد في توليد طاقة كافية في هذه الترددات، وتشمل البدائل الصاروخية الثالثة (مثل مقياسي الإنس وغاز التحلل)، والممرن السيليكي (SiGe) BiCMOS، والتكنولوجيات الناشئة مثل صفائف البلاستيكية.

تجهيز الإشارة والإلمام

وفي الترددات الثالثة، يكون رقم الضوضاء في جهاز الاستقبال أعلى من ذلك بحكم الضجيج الحراري وصعوبة تحقيق زيادة ضئيلة في عدد المرشحين، وهذا يحد من الحساسية والنطاق الدينامي، كما أن مخططات التحوير المتقدمة، مثل تعدد الترددات في الترددات المتحركة (OFDM) مع ارتفاع مستوى التردد العالي (QAM) ضرورية لتحقيق أقصى قدر من الكفاءة في مجال الترددات، ولكنها تتطلب أداءاً ضيقاً في المرحلة من المستوى المحلي.

البحوث الجارية والاختبارات

تسارعت وتيرة البحث في الاتصالات عبر التواريخ على الصعيد العالمي، وفي الولايات المتحدة، يهدف برنامج " درابا " (T-MUSIC) إلى تطوير أجهزة نقل ذات كفاءة عالية، وفي أوروبا، يستكشف المشروع الرئيسي HEXA-X-II) (HEXA-X-II) بوصفه عاملاً تمكينياً رئيسياً.() وفي آسيا، ولدى الصين واليابان اختبارات واسعة النطاق لفرق فرعية من طراز Gtraz-300.

كما أن هذه الهياكل الصناعية يمكن أن تتلاعب بموجات تيراهارتز بطرق غير ممكنة مع المواد الطبيعية، وعلى سبيل المثال، يمكن أن تكون المضارب القابلة لإعادة التشكيل بمثابة مسارات سلبية، وإعادة توجيه الحزم إلى تجاوز العقبات، وقد أثبت الباحثون في MIT التقدم المحرز في مجال التوحيد في إطار برنامج متعدد الأطراف.

عملية التوحيد لـ 6 جي جارية، بدأت 3GPP دراسة بنود الإصدار 19، مع المواصفات الكاملة المتوقعة حوالي 2030، ويوجز إطار الاتحاد الدولي للاتصالات IMT-2030 سيناريوهات الاستخدام مثل الاتصالات غير المفرغة، والاتصالات الواسعة النطاق، والاتصالات المنخفضة الموثوقة بدرجة عالية، والتي يمكن أن تُعزز جميعها النطاقات الترددية، غير أن العديد من المعايير التقنية لا تزال غير محددة.

خامسا - الخلاصة والتوقعات المستقبلية

وتمثل ترددات تيراهارتز الحدود الكبرى القادمة للاتصالات اللاسلكية، وبينما تشكل التحديات في مجال النشر، والمعدات، وتجهيز الإشارات تحديات كبيرة، فإن المكافآت المحتملة تحولية. وستمكن الشبكات التي تغذيها تيراتز من تطبيقات تضفي طابعاً واضحاً على الواقع المادي والرقمي، من القدرة على التنبؤ بالبث عن بعد الهول إلى توأم رقمي في الوقت الحقيقي، ومع استمرار تقدم البحوث، يمكننا أن نتوقع أن نرى المظاهرات المبكرة والنماذج التجاري غير المسبوذج.

وبالنسبة لمخططي الشبكة ومهندسيها، حان الوقت الآن للبدء في النظر في كيفية تأثير تكنولوجيا تيراهارتز على البنية التحتية، وسيكون من الضروري نشر نظام هوائي متقدم وإدماجه في نظام الألياف البصرية، وسيلزم أن تخصص الهيئات التنظيمية طيفاً متناسقاً، وأن توازن بين احتياجات الخدمات السلبية والنشطة، ويجري كتابة مستقبل 6G في نطاق تيراهارتز، وهو مستقبل من القدرات.