Исследователи разработали чип 6G, который использует двойной электрофотонный подход для передачи сигналов в девяти радиочастотных диапазонах.
(Фото: Вэйцюань Линь, Getty Images)
Ученые из Китая и США разработали крошечный чип 6G, который может навсегда избавить сельскую местность от медленных и ненадежных каналов связи. Он в сотни раз быстрее, чем нынешняя скорость загрузки вашего смартфона.
5G — это современный золотой стандарт беспроводной связи, который обычно использует частоты ниже 6 гигагерц, хотя в разных странах они могут отличаться. Самая эффективная сотовая сеть в США в первой половине 2025 года обеспечивала скорость загрузки 5G в 299,36 мегабит в секунду.
С другой стороны, 6G, который, по мнению экспертов, будет готов к 2030 году, как ожидается, будет использовать несколько частотных диапазонов и потенциально будет в 10 000 раз быстрее, чем 5G. Однако проблема с подключением к 6G заключается в том, что для работы в разных радиочастотных диапазонах устройствам потребуется несколько компонентов, которых нет в современных устройствах.
Но теперь исследователи объединили весь спектр беспроводной связи, охватывающий девять радиочастотных (РЧ) диапазонов — от 0,5 до 110 ГГц, — в чип размером всего 0,07 на 0,43 дюйма (1,7 на 11 миллиметров).
Новый чип также способен обеспечивать скорость передачи данных более 100 гигабит в секунду, в том числе в низкочастотных диапазонах, используемых в сельской местности, где скорость, как известно, может быть низкой. Исследователи также обнаружили, что связь остаётся стабильной во всём спектре. Они рассказали о своём исследовании в статье, опубликованной 27 августа в журнале Nature.
Для сравнения: 1000 смартфонов с этим чипом могут одновременно транслировать видео в формате 8K сверхвысокой чёткости без снижения производительности по данным китайского государственного информационного агентства «Синьхуа».
Это «универсальное аппаратное решение», как его назвали учёные в своём исследовании, можно динамически перенастраивать для переключения диапазона частот в зависимости от необходимости.
Это важно, поскольку устройства, подключающиеся к сети 6G, будут использовать различные диапазоны беспроводной связи — от микроволнового и миллиметрового (mmWave) до терагерцового (THz), — отметили исследователи.
Высокочастотные диапазоны миллиметровых волн и субтерагерцового диапазона — от 100 до 300 ГГц — будут использоваться для приложений, требующих чрезвычайно низкой задержки, таких как высокоскоростные вычисления с использованием искусственного интеллекта (ИИ) и дистанционное зондирование. Однако для обеспечения покрытия на обширных территориях по-прежнему необходимы диапазоны ниже 6 ГГц и микроволновые диапазоны, как объяснили учёные в своём исследовании.
Световой подход к 6G
Проблема с современным беспроводным оборудованием, как отмечают учёные в своём исследовании, заключается в том, что оно рассчитано на работу в узком диапазоне частот. В настоящее время для развёртывания 6G потребуется несколько разных систем для разных диапазонов, что сделает широкомасштабное внедрение дорогостоящим и сложным.
Новый чип, разработанный исследователями, потенциально может заменить несколько систем благодаря двойному электрооптическому подходу — использованию света для генерации стабильных сигналов в радиочастотном спектре. Широкополосный электрооптический модулятор преобразует беспроводные сигналы в оптические, которые затем передаются через настраиваемые оптоэлектронные генераторы. Эти схемы используют свет и электричество для генерации радиочастот от микроволнового до терагерцового диапазона.
Ученые создали свой чип на основе тонкопленочного ниобата лития (TFLN) вместо традиционного ниобата лития, который используется для модуляции света на высоких скоростях. TFLN стал основным материалом для телекоммуникационного оборудования следующего поколения благодаря своей способности обеспечивать более высокую пропускную способность при меньшей задержке.
Когда будет развёрнута сеть 6G и всё больше людей будут нуждаться в большом объёме данных, сотовые сети неизбежно станут перегруженными — как сети 5G в часы пик. Увеличение трафика может привести к перегрузке и снижению скорости передачи данных.
Новая система позволяет избежать помех благодаря тому, что исследователи называют «адаптивным управлением спектром». Обычно сигналы передаются в одном или двух частотных диапазонах, но с помощью этого нового чипа сигналы могут переключаться между несколькими частотами без ущерба для передачи данных. Это может снизить вероятность проблем с передачей сигналов на крупных мероприятиях или в местах массового скопления людей, где к сети одновременно подключаются десятки тысяч устройств.
«Эта технология похожа на строительство сверхширокой автомагистрали, где электронные сигналы — это транспортные средства, а частотные диапазоны — полосы движения», — рассказал Синьхуа ведущий автор исследования Ван Синцзюнь, заместитель декана Школы электроники Пекинского университета.
Хотя Ван и его соавторы считают, что их чип 6G «полного спектра» может быть встроен во все совместимые устройства, предстоит ещё много работы по созданию инфраструктуры для беспроводной связи следующего поколения.