Terahertz आवृत्तियों को समझना

विद्युत चुम्बकीय स्पेक्ट्रम विशाल है, और दशकों तक, वायरलेस संचार ने 100 गीगाहर्ट्ज़ से काफी हद तक संचालित किया है। चूंकि हम 6G की तरफ धकेलते हैं, टेराहर्ट्ज़ (टीएचजेड) बैंड में ध्यान केंद्रित बदलाव करते हैं, मोटे तौर पर 0.1 टीएचजेड से 10 टीएचजेड तक फैले हुए हैं। यह क्षेत्र माइक्रोवेव और अवरक्त प्रकाश के बीच बैठता है, जो अल्ट्रा-ब्रॉडबैंड ट्रांसमिशन के लिए एक मीठा स्थान प्रदान करता है। टेराहेर्ट्ज तरंगों को अक्सर उप-मिलीमीटर तरंगों को बुलाया जाता है क्योंकि उनकी तरंगें 3 मिमी से 0.03 मिमी तक होती हैं। यह छोटी तरंगदैर्ध्य कुंजी है: यह बड़े पैमाने पर बैंडविड्थ और प्रति सेकंड के लिए कई टेराबैक्टी की अनुमति देता है।

इसे परिप्रेक्ष्य में रखने के लिए, 4G LTE 2.5 गीगाहर्ट्ज से नीचे की आवृत्तियों का उपयोग करता है, जबकि 5G mmWave लगभग 24-40 गीगाहर्ट्ज़ का संचालन करता है, जिसमें कुछ प्रयोगात्मक बैंड 70 गीगाहर्ट्ज तक होते हैं। Terahertz तीव्रता के तीन आदेशों के विपरीत शुरू होता है। THz क्षेत्र में उपलब्ध बैंडविड्थ बहुत बड़ा है - व्यक्तिगत चैनल GHz चौड़े के दसवें हिस्से में हो सकते हैं - जो पहले विज्ञान कथा के थे। हालांकि, इन आवृत्तियों पर तरंग प्रसार की भौतिकी मौलिक रूप से अलग है। उप-6 गीगा संकेतों के विपरीत, THz तरंगें उच्च मुक्त स्थान पथ हानि का अनुभव करती हैं, जो वायुमंडलीय गैसों (विशेष रूप से पानी वाष्प) द्वारा मजबूत अवशोषण करती हैं और सीमित मात्रा वाले क्षेत्रों के माध्यम से इंजीनियरिंग के माध्यम से एक सीमित कारकों का उपयोग कर सकती हैं।

6G नेटवर्क का वादा

6G को 5G के पहले महत्वाकांक्षी लक्ष्यों से परे एक प्रतिमान बदलाव के रूप में देखा गया है। जबकि 5G ने उच्च बैंडविड्थ और कम विलंबता लायी, 6G का लक्ष्य एक क्रम-जागृति सुधार के लिए है: चोटी की डेटा दरें 1 Tbps से अधिक हैं, 0.1 ms से नीचे की विलंबता और ट्रिलियन उपकरणों के लिए अति विश्वसनीय कनेक्टिविटी। Terahertz आवृत्तियों इस दृष्टि का आधार है, जो वास्तव में इमर्सिव अनुभवों और मशीन-टू-मशीन संचार के लिए आवश्यक चरम थ्रूपुट को सक्षम करती है।

इमर्सिव एप्लीकेशन के लिए अल्ट्रा-हाई डेटा दरें

टेराहर्ट्ज़ लिंक के साथ, 4K मूवी डाउनलोड करने से एक सेकंड से भी कम समय लग सकता है। इससे भी महत्वपूर्ण बात, वास्तविक समय में होलोग्राफिक संचार, वॉल्यूमेट्रिक वीडियो स्ट्रीमिंग और untethered विस्तारित वास्तविकता (XR) संभव हो गया। ये अनुप्रयोग बड़े पैमाने पर बैंडविड्थ की मांग करते हैं - एक एकल होलोग्राफिक स्ट्रीम को Gbps के दसियों की आवश्यकता हो सकती है। Nokia Bell Labs] में शोधकर्ताओं ने प्रदर्शन किया है कि टेराहर्ट्ज़ सिस्टम कम दूरी पर 0.5 Tbps लिंक का समर्थन कर सकते हैं, जो डेटा केंद्रों में वायरलेस फाइबर प्रतिस्थापन के द्वार को खोलने और उच्च घनत्व वाले स्थानों पर।

कम विलंबता और रियल टाइम कंट्रोल

6G में विलंबता लगभग अयोग्य होने की उम्मीद है। टीएचजेड आवृत्तियों पर कम प्रतीक अवधि संभव है, जो बेहद तेज प्रसंस्करण और सिंक्रनाइज़ेशन की अनुमति देती है। यह दूरस्थ रोबोट सर्जरी, स्वायत्त वाहन समन्वय और औद्योगिक स्वचालन जैसे अनुप्रयोगों के लिए महत्वपूर्ण है जहां मिलीसेकंड देरी विनाशकारी हो सकती है। एज कंप्यूटिंग और उन्नत बीमफॉर्मिंग के साथ संयुक्त, टीएचजी लिंक्स नियतिवादी, जिटर-मुक्त कनेक्टिविटी प्रदान कर सकते हैं।

विशाल डिवाइस कनेक्टिविटी और सेंसिंग

6G नेटवर्क न केवल लोगों को जोड़ देगा बल्कि सेंसर और एक्ट्यूएटर की एक विशाल सरणी भी होगी। टेराहेर्ट्ज़ तरंगें स्वाभाविक रूप से उच्च-रिज़ॉल्यूशन सेंसिंग और इमेजिंग के लिए अनुकूल हैं क्योंकि उनकी छोटी तरंग दैर्ध्य होती है। यह एकीकृत संचार और संवेदन की अनुमति देता है - एक अवधारणा जिसे संयुक्त संचार और सेंसिंग (JCAS) कहा जाता है। एक एकल टीएचजेड बेस स्टेशन एक साथ उच्च गति वाले डेटा को वितरित कर सकता है और ठीक-ग्रेनेड पर्यावरणीय डेटा को कैप्चर कर सकता है, जिससे स्वायत्त नेविगेशन, इशारा पहचान और गैर विनाशकारी परीक्षण में अनुप्रयोग सक्षम हो सकता है। 6G वर्ल्ड पहल पर प्रकाश डाला गया है कि कैसे टीएचजी स्मार्ट कारखानों और स्मार्ट शहरों में संचार का पूरक कर सकता है।

Terahertz 6G के रास्ते पर तकनीकी चुनौतियां

इसके वादा के बावजूद, टेराहर्ट्ज़ आवृत्तियों की तैनाती को औपचारिक बाधाओं का सामना करना पड़ता है। शोधकर्ता सक्रिय रूप से प्रत्येक को संबोधित कर रहे हैं, लेकिन व्यावसायिक तैनाती का रास्ता खड़ी है।

प्रचार और वायुमंडलीय अवशोषण

Terahertz तरंगें वायुमंडलीय जल वाष्प, ऑक्सीजन और अन्य अणुओं द्वारा दृढ़ता से अवशोषित होती हैं। 0.1 THz पर, क्षीणन लगभग 0.1 dB / किमी है; 1 THz पर यह 10-20 dB / किमी तक बढ़ जाता है, और उच्च आवृत्तियों पर यह निषेध हो जाता है। बारिश, कोहरे और यहां तक कि आर्द्रता अतिरिक्त नुकसान का कारण बनती है। इसका मतलब यह है कि आउटडोर THz लिंक कुछ सौ मीटर तक दसियों की दूरी तक सीमित हैं। इंडोर उपयोग अधिक आशाजनक है लेकिन अभी भी सावधानीपूर्वक तैनाती की आवश्यकता है। इस पर काबू पाने के लिए, 6G संभावित छोटे कोशिकाओं के बेहद घने नेटवर्क पर निर्भर करेगा, संभवतः बुद्धिमान प्रतिबिंबित सतहों (IRS) और Reconfigurable proprients (Fags) का उपयोग करके व्यापक अध्ययन।

ट्रान्सीवर और एंटीना डिजाइन

टेराहर्ट्ज़ आवृत्तियों के लिए कुशल ट्रांसीवर का निर्माण एक प्रमुख हार्डवेयर चुनौती है। पारंपरिक CMOS-आधारित इलेक्ट्रॉनिक्स इन आवृत्तियों पर पर्याप्त शक्ति उत्पन्न करने के लिए संघर्ष करते हैं। प्रोमाइजिंग विकल्पों में III-V सेमीकंडक्टर (जैसे इनपी और GaAs), सिलिकॉन-जीरमैनियम (SiGe) BiCMOS, और उभरती हुई प्रौद्योगिकियों जैसे कि ग्राफीन और प्लास्मोनिक डिवाइस शामिल हैं। एंटेना को छोटे और अत्यधिक दिशात्मक होने की भी आवश्यकता है। हजारों तत्वों के साथ चरणबद्ध सरणी को संकीर्ण बीम बनाने की आवश्यकता होती है जो उच्च पथ हानि का मुकाबला करती है। फैब्रिकेशन सहिष्णुता नैनोमीटर-पैनल होना चाहिए।

सिग्नल प्रोसेसिंग और शोर

THz आवृत्तियों पर, रिसीवर शोर आंकड़ा थर्मल शोर के कारण स्वाभाविक रूप से अधिक है और कम शोर प्रवर्धन को प्राप्त करने में कठिनाई है। यह संवेदनशीलता और गतिशील रेंज को सीमित करता है। उन्नत मॉडुलन योजनाएं, जैसे कि उच्च-आदेश QAM के साथ ऑर्थोगोनल आवृत्ति-डिविज़न मल्टीप्लेक्सिंग (OFDM), वर्णक्रमीय दक्षता को अधिकतम करने की आवश्यकता होती है, लेकिन उन्हें स्थानीय ऑसीलेटर्स से अत्यंत सटीक चरण शोर प्रदर्शन की आवश्यकता होती है। इसके अलावा, संकीर्ण बीमविड्थ मोबाइल उपयोगकर्ताओं के साथ लिंक बनाए रखने के लिए तेजी से बीम ट्रैकिंग की मांग करते हैं। मशीन लर्निंग एल्गोरिदम वास्तविक समय बीम प्रबंधन के लिए विकसित किए जा रहे हैं। [FLT: 0] आईटीयू-आर वर्किंग पार्टी 5D[FLT-TUMXTUMX के लिए तकनीकी सहायता प्रदान करता है।

अनुसंधान और विकास

टेराहर्ट्ज़ संचार में अनुसंधान ने वैश्विक स्तर पर तेजी से बढ़ी है। संयुक्त राज्य अमेरिका में, DARPA T-MUSIC कार्यक्रम का उद्देश्य स्केलेबल, कुशल THz ट्रांसीवर विकसित करना है। यूरोप में, 6G फ्लैगशिप प्रोजेक्ट HEXA-X-II एक प्रमुख सक्षम के रूप में THz की खोज करता है। एशिया, चीन और जापान में उप-टीएचजेड बैंड (जैसे, 100 गीगाहर्ट्ज़-300 गीगाहर्ट्ज़) के लिए व्यापक टेस्टबेड हैं। एक उल्लेखनीय सफलता Brown University] और टोक्यो विश्वविद्यालय के लिए रोमांचक गति स्विच का प्रदर्शन, 0.3Hz-nicfp के लिए एक 100 Gbps का उपयोग किया।

मेटामटेरियल्स और मेटासफेस भी बहुत वादा करते हैं। ये कृत्रिम संरचना प्राकृतिक सामग्रियों के साथ संभव नहीं होने के तरीकों में टेराहर्ट्ज तरंगों में हेरफेर कर सकती हैं। उदाहरण के लिए, पुन: विन्यास योग्य मेटासफेस निष्क्रिय रिले के रूप में कार्य कर सकते हैं, बाधाओं को बायपास करने के लिए बीम को पुनर्निर्देशित कर सकते हैं। MIT] के शोधकर्ताओं ने एक प्रोग्राम करने योग्य मेटासफेस दिखाया है जो 1 टीएचजेड पर काम करता है, जो बीम स्टीयरिंग और फोकस करने में सक्षम है। इस बीच, फोटोनिक एकीकरण में प्रगति - एक चिप पर लेजर, डिटेक्टर और वेवगाइड्स को जोड़ती है - कॉम्पैक्ट, कम लागत वाली टीएचजे स्रोतों को सक्षम कर रही है।

6G के लिए मानकीकरण प्रक्रिया चल रही है। 3GPP ने रिलीज 19, के लिए आइटम का अध्ययन शुरू किया है जिसमें 2030 के आसपास की उम्मीद थी। ITU की IMT-2030 फ्रेमवर्क में उपयोग परिदृश्य जैसे कि इमर्सिव कम-एलेेंसी संचार, बड़े पैमाने पर संचार और अति विश्वसनीय कम-एलेेंसी संचार की रूपरेखा है - जिनमें से सभी THz बैंड का लाभ उठा सकते हैं। हालांकि, कई तकनीकी पैरामीटर अपरिभाषित रहते हैं। प्रमुख निर्णयों में सटीक आवृत्ति रेंज (जैसे शुरू में 140 गीगाहर्ट्ज तक, फिर 300 गीगाहर्ट्ज़), तरंग डिजाइन और एकाधिक एक्सेस स्कीम शामिल हैं।

निष्कर्ष और भविष्य आउटलुक

Terahertz frequency वायरलेस संचार के लिए अगले महान फ्रंटियर का प्रतिनिधित्व करते हैं। जबकि प्रचार, हार्डवेयर और सिग्नल प्रोसेसिंग में चुनौतियों का महत्वपूर्ण है, संभावित पुरस्कार परिवर्तनकारी हैं। टेराहर्ट्ज द्वारा ईंधन वाले 6G नेटवर्क उन अनुप्रयोगों को सक्षम करेंगे जो भौतिक और डिजिटल वास्तविकता के बीच लाइन को धुंधला करते हैं, होलोग्राफिक टेलीप्रेजेंस से लेकर रीयल-टाइम डिजिटल जुड़वाँ तक। चूंकि अनुसंधान प्रगति जारी है, हम अगले पांच वर्षों में प्रारंभिक प्रदर्शन और व्यावसायिक प्रोटोटाइप देखने की उम्मीद कर सकते हैं। लैब से फील्ड तक की यात्रा कठिन होगी, लेकिन टेराबिट-प्रति सेकंड की गति और अप्रत्याशित कनेक्टिविटी का वादा इसे कम करने के लिए एक यात्रा बनाती है।

नेटवर्क प्लानर और इंजीनियरों के लिए अब यह विचार करने का समय है कि कैसे टेराहर्ट्ज प्रौद्योगिकी बुनियादी ढांचे को प्रभावित करेगी। घने तैनाती, उन्नत एंटीना सिस्टम और ऑप्टिकल फाइबर बैकहॉल के साथ एकीकरण आवश्यक होगा। नियामक निकायों को स्पेक्ट्रम को सामंजस्यपूर्ण रूप से आवंटित करने की आवश्यकता होगी, निष्क्रिय और सक्रिय सेवाओं की जरूरतों को संतुलित करना होगा। 6G का भविष्य टेराहर्ट्ज बैंड में लिखा जा रहा है, और यह असाधारण क्षमता का भविष्य है।