Connettivitą 6G

Connessione 6G possibili grazie alle onde Terahertz: le novitą

Un gruppo di ricercatori dell'universitą di Osaka ha ideato un ricevitore che consente di sfruttare le onde al Terahertz per inviare dati. Il primo tassello del 6G?
Connessione 6G possibili grazie alle onde Terahertz: le novitą FASTWEB S.p.A.

Mentre il 5G muove appena i primi passi nel "mondo reale", scienziati e ingegneri in giro per il mondo stanno già studiando le tecnologie che potrebbero essere utilizzate per il 6G. In particolare, diversi gruppi di ricerca sono impegnati a scoprire nuove metodologie per sfruttare al meglio le frequenze dello spettro radio. Solo in questo modo, infatti, sarà possibile inviare una maggior quantità di dati rispetto all'attuale e superare il limite di velocità, di per sé già elevato, del 5G.

Grazie alle ultime scoperte, la connessione 6G potrebbe raggiungere una velocità massima di 30 Gigabit al secondo, contro i 10 Gigabit del 5G, sfruttando le onde Terahertz. I ricercatori dell'Università di Osaka, in Giappone, hanno infatti pubblicato un paper in cui spiegano come sfruttare questo tipo di onde per le telecomunicazioni commerciali.

Fino ad oggi, nonostante le potenzialità delle onde Terahertz siano ben note da anni, nessuno aveva ancora trovato il modo di sfruttarle per trasmettere dati. La scoperta dei ricercatori giapponesi, quindi, apre le porte a nuove applicazioni e nuove tecnologie che potrebbero in futuro rientrare nello standard della connessione 6G.

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Le onde Terahertz

Per capire l'importanza della scoperta fatta dai ricercatori dell'Università giapponese dobbiamo prima capire cosa sono le onde THz e perché sono così difficili da sfruttare. Le onde Terahertz sono onde elettromagnetiche molto vicine alle microonde e agli infrarossi e ne condividono la buona larghezza di banda (ovvero la capacità di trasmissione dati) ma anche la facilità con cui tali emissioni sono assorbite dalla nostra atmosfera, il che limita di molto la loro utilità come vettori per la trasmissione delle informazioni.

Nel 2017 il CNR (il Consiglio Nazionale delle Ricerche italiano) ha presentato un laser Terahertz definendo questo tipo di onde con le parole "un po' onda, un po' laser". Queste onde penetrano facilmente i vestiti, la plastica e molti altri materiali e, per questo, sono considerate i "raggi X del futuro" per la diagnostica medica. Ma come usarle per le telecomunicazioni? I ricercatori di Osaka hanno dato la risposta: tramite un "diodo a risonanza di tunneling" (RTD).

Il diodo RTD

Le onde Terahertz hanno frequenze troppo rapide per essere gestite adeguatamente dall'elettronica convenzionale: sia gli oscillatori (cioè i trasmettitori) che i ricevitori di onde Terahertz sono stati caratterizzati fino ad oggi da una efficienza di emissione e ricezione molto scarsa. Questo anche perché il "rumore termico" normalmente presente nell'ambiente "oscura" il segnale ricevuto dal rilevatore. Il rumore termico è una comune forma di degradazione del segnale, che dipende dalla temperatura e che, a seconda delle frequenze di lavoro, può essere più o meno incisivo. Nel caso della banda di frequenze Terahertz, questo effetto di disturbo è sensibilmente presente e avviene già a temperatura ambiente.

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Adesso, però, i ricercatori dell'Università di Osaka hanno inventato un nuovo ricevitore che non solo supera questi ostacoli, ma ha anche stabilito il record per la più veloce velocità di trasmissione in tempo reale senza errori. Usando diodi RTD, infatti, hanno scoperto che esiste una specifica tensione "risonante" in cui la corrente "cade" sensibilmente all'aumentare della tensione. Questo singolare comportamento "non lineare" dei diodi RTD è sfruttabile per ottenere un'effettiva amplificazione del segnale consentendo agli scienziati di sincronizzare con precisione i segnali Terahertz dell'emettitore e del ricevitore, "depurando" così i dati trasmessi dall'onda portante dall'effetto dovuto al rumore termico. In questo modo la sensibilità del ricevitore con diodo RTD è di 10 mila volte superiore a quella di un ricevitore normale e l'uso delle onde THz per le telecomunicazioni diventa fattibile.

Streaming in 4K

Il test che ha dimostrato il reale funzionamento del sistema inventato dai ricercatori giapponesi ha un sapore decisamente "consumer": per verificare che ricevitore e trasmettitore Terahertz funzionassero a dovere è stato trasmesso in streaming un film a risoluzione 4K. La velocità di trasmissione ha toccato i 30 gigabit al secondo (corrispondenti a circa 3,7 gigabyte) e non sono stati rilevati errori nel trasferimento dei dati. Secondo i ricercatori ci sono margini di miglioramento e sarebbe possibile arrivare alla velocità di trasmissione di 56 Gigabit al secondo (circa 7 gigabyte) con una quantità di errori assolutamente accettabile.

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Non solo telecomunicazioni

Indubbiamente questa scoperta apre le porte ad una nuova generazione di reti cellulari, le reti 6G. Ma pensare che l'uso delle onde Terahertz sia limitato solo alle telecomunicazioni è un grave errore: se ben "gestite", infatti, queste onde possono avere moltissimi altri usi. Come già accennato, ad esempio, potranno essere usate per la diagnostica medica. Ma anche per costruire radar di nuova generazione, per l'ispezione non distruttiva di oggetti ed edifici e per molti altri scopi nei campi della scienza dei materiali, della medicina, della chimica, della biologia, della fisica astronomica.

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