Технологии телевидения ультравысокой разрешающей способности (4K) требуют использования высокоскоростных камер, которые производят потоки данных скоростью 12-20 гигабайт в секунду. Данные с такой скоростью в настоящее время могут передаваться только через оптоволоконные кабеля, что при во время прямой трансляции спортивных мероприятий и других событий существенно ограничивает мобильность и подвижность операторов. К сожалению, до последнего времени не существовало технологий беспроводной передачи данных, способных обеспечить передачу с такой скоростью, но недавно эта ситуация изменилась благодаря работе группы исследователей из Швеции.
Исследователи из Технологического университета Чалмерса (Chalmers University of Technology), работая совместно со специалистами компании Ericsson Research, разработали единственный чип приемо-передатчика для систем беспроводной связи, который обеспечивает скорость на уровне 40 гигабит в секунду. Такая скорость в два раза превышает скорость передачи данных, которой удалось достичь группе профессора Хироюки Такаши из университета Осаки в 2012 году.
В отличие от других подобных технологий, беспроводная система, разработанная шведскими учеными, работает в так называемом D-диапазоне, который начинается с 110 и заканчивается 170 ГГц, а ширина полосы при этом составляет 40 ГГц. На лабораторном стенде чип приемника и передатчика разделяло два метра расстояния, но при проведении следующих испытаний вне стен помещения исследователи планируют увеличить дистанцию до одного километра.
D-диапазон - это пограничный радиочастотный диапазон, в который вместилось бы до 6 миллионов стандартных телевизионных каналов. Но препятствием к освоению этого диапазона являлось и является сейчас отсутствие чипов приемников, передатчиков и некоторых других электронных компонентов, способных работать на столь высоких частотах.
Палочкой-выручалочкой шведских исследователей стали биполярные транзисторы с двойным гетерепереходом (double heterojunction bipolar transistors, DHBT), изготовленные из фосфата индия. Разработка таких транзисторов ведется уже почти десятилетие, за это время их характеристики постоянно улучшаются и в нынешнее время доступны такие транзисторы с частотой среза до 650 ГГц. "Такие характеристики делают возможным применять эти транзисторы для усиления сигналов в диапазоне более 300 ГГц" - рассказывает Герберт Зирэт (Herbert Zirath), профессор в области высокоскоростной электроники из университета Чалмерса, - "Нам недавно удалось закончить разработку и изготовить опытный приемник с антенной, способный работать на частоте до 340 ГГц".
Чипы приемника и передатчика являются совсем крошечными, их площадь немногим превышает один квадратный миллиметр. Для производства этих чипов исследователи привлекли компанию Teledyne Scientific & Imaging из Калифорнии, которая специализируется на производстве высокоскоростной электроники. "Мы давно уже тесно сотрудничаем с этой компанией" - рассказывает Герберт Зирэт, - "Здесь, в Швеции, мы проектируем схемы, рассчитываем топологию шаблона и передаем это американцам, которые изготовляют сами чипы. Нам остается лишь провести проверку и испытания изготовленных чипов".
Группе Герберта Зирэта потребовалось около четырех лет для разработки набора чипов беспроводной связи. Основной проблемой стала разработка чипа передатчика, который работает на несущей частоте 36-57 ГГц, подаваемой из внешнего источника. Эта частота на чипе утраивается при помощи специальных умножителей, что обеспечивает выход частот от 110 до 170 ГГц, которая передается на трехступенчатый усилитель. Мощность выходного сигнала передатчика составляет несколько сотен милливатт.
К сожалению, пока еще неясно, позволят ли контролирующие органы использовать столь широкую полосу пропускания для работы коммуникационных систем. "Мы лишь показали саму возможность использования D-диапазона в коммуникациях" - рассказывает Герберт Зирэт, - "И если это станет предметом чьего-то интереса, мы сможем улучшить характеристики нашей системы, сократив ширину занимаемой полосы, к примеру".
В ближайшем будущем исследователи собираются провести наружные испытания своей системы беспроводной связи. И главным вопросом, на который смогут дать ответ эти испытания, будет максимальная дальность действия системы. "А в более дальней перспективе мы собираемся достигнуть скорости в 100 гигабит в секунду, используя единственный чип приемника и передатчика, работающий от одного источника несущей частоты" - рассказывает Герберт Зирэт.