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Sep 23, 2023

세계 최초 테라헤르츠 신호 시연

국립정보통신기술연구소(NICT) 이미지:

국립정보통신기술연구소(NICT)

이미지: 그림 1 직접 테라헤르츠-광 변환 및 광파장 제어를 사용한 투명 릴레이 및 테라헤르츠파 신호 스위칭의 개념.더보기

출처: 국립정보통신기술연구소(NICT), 스미토모 오사카 시멘트 주식회사, 나고야 공과대학, 와세다 대학

- 고용량 테라헤르츠파 신호를 다른 위치로 투명하게 중계, 라우팅, 스위칭하기 위한 세계 최초의 시스템 - 직접 테라헤르츠-광변환 및 광섬유를 이용한 285GHz 대역의 테라헤르츠파 신호의 투명 중계 및 스위칭 – 32Gb/s의 용량을 달성하는 무선 기술이 시연되었습니다. – 이 시스템은 5G 네트워크를 넘어서 테라헤르츠 통신을 배포할 수 있는 길을 열어줍니다.

국립정보통신기술연구소(NICT, 원장: 도쿠다 히데유키 박사), 스미토모 오사카 시멘트 주식회사(원장: MOROHASHI Hirotsune), 나고야공업대학(원장: KINOSHITA Takatoshi 박사), 와세다 대학(총장: TANAKA Aiji, Ph.D.)은 고속 테라헤르츠파 신호를 다른 위치로 투명 중계, 라우팅 및 전환하기 위한 세계 최초의 시스템을 공동 개발했습니다. 285GHz 대역의 32Gb/s 테라헤르츠파 신호를 광섬유와 투명 릴레이로 직접 변환하고 초단시간 내에 다른 액세스 포인트로 전환하는 것이 성공적으로 시연되었습니다.

핵심 기술에는 테라헤르츠파 신호를 광신호로 직접 변환하기 위해 새로 개발된 저손실 광 변조기와 테라헤르츠 신호의 초고속 스위칭을 위한 적응형 광섬유-무선 기술이 포함됩니다. 개발된 시스템은 높은 자유 공간 손실, 약한 침투력, 제한된 통신 범위 등 테라헤르츠 대역 무선 통신의 단점을 극복하여 5G 및 6G 네트워크를 넘어 테라헤르츠 통신을 배포할 수 있는 길을 열어줍니다.

이번 시연 결과는 2023년 OFC 2023(International Conference on Optical Fiber Communications)에서 마감일 이후 논문으로 게재됐으며, 2023년 3월 9일 목요일(현지시간) 발표됐다.

테라헤르츠 대역의 무선 주파수는 5G 및 6G 네트워크를 넘어서는 초고속 데이터 통신을 위한 유망한 후보입니다. 275~450GHz 대역의 160GHz 슬롯이 최근 모바일 및 고정 서비스용으로 개설되었습니다. 그러나 높은 자유공간 손실과 약한 침투력이 병목 현상으로 남아 있어 실외에서 실내로, 장애물이 있는 환경 등 장거리 신호 전송이 어렵다. 이러한 단점을 극복하고 통신 범위를 확장하려면 서로 다른 위치 간의 테라헤르츠 신호를 투명하게 중계하고 라우팅하는 것이 중요합니다. 그러나 이러한 기능은 현재의 전자 기술로는 구현할 수 없습니다. 또한 테라헤르츠 신호의 좁은 빔폭으로 인해 사용자가 이동할 때 중단 없는 통신을 달성하기가 어렵습니다. 서로 다른 방향과 위치 간의 테라헤르츠 신호 전환은 최종 사용자와의 통신을 유지하는 데 중요합니다. 그러나 이 중요한 문제는 아직 전자 또는 광자 기술을 사용하여 해결되지 않았습니다. 에너지를 절약하고 간섭을 줄이기 위해서는 테라헤르츠 신호 방출을 적절한 간격으로 켜고 끄는 것도 중요합니다.

본 연구에서 우리는 두 가지 핵심 기술을 활용하여 285GHz 대역(그림 1 참조)에서 테라헤르츠 신호의 투명한 중계, 라우팅 및 스위칭을 위한 최초의 시스템을 시연했습니다. ii) 초고속 파장 가변 레이저를 사용하는 적응형 광섬유-무선 기술. 시스템에서는 테라헤르츠 신호를 수신하고 저손실 광 변조기를 갖춘 테라헤르츠 광 변환 장치를 사용하여 광 신호로 직접 변환합니다. 조정 가능한 레이저의 광파 신호는 변조기에 입력되고, 파장 라우터는 특정 파장이 할당된 다른 액세스 포인트로 신호를 라우팅하는 데 사용됩니다. 액세스 포인트에서 변조된 광 신호는 광-테라헤르츠 변환기를 사용하여 다시 테라헤르츠 신호로 변환됩니다. 조정 가능한 레이저의 파장을 전환하여 테라헤르츠 신호를 다른 액세스 포인트로 전환할 수 있습니다. 조정 가능한 레이저는 독립적으로 제어할 수 있으며, 테라헤르츠 신호를 동시에 생성할 수 있는 액세스 포인트의 수는 활성 조정 가능한 레이저의 수와 같습니다. 본 연구에서 개발된 기술을 이용하여 285GHz 대역에서 테라헤르츠 신호의 투명 릴레이 및 스위칭을 최초로 성공적으로 시연했으며, 4-QAM(Quadrature Amplitude Modulation) 직교 신호를 사용하여 32Gb/s의 전송 용량을 달성했습니다. OFDM(주파수 분할 다중화) 신호. 테라헤르츠파 신호를 10μs 미만으로 전환할 수 있는 가능성을 평가하여 테라헤르츠 대역에서도 중단 없는 통신이 가능함을 확인했습니다.