테라헤르츠 통신 기술: 번개와 같이 빠른 인터넷 연결

인터넷 연결이 번개처럼 빠를 뿐만 아니라 혼잡한 공간에서도 놀라울 정도로 안정적인 미래를 상상해 보자. 이 비전은 테라헤르츠 통신 기술에 대한 새로운 연구 덕분에 빠르게 현실에 다가가고 있다. 이러한 혁신은 특히 통신 기술이 차세대 네트워크인 6G로 발전함에 따라 무선 통신을 혁신하게 된다.

나는 광자학, 즉 빛과 다른 전자기파가 생성되고 감지되는 방식을 연구하는 분야에 주력하는 엔지니어이다. 이 연구에서 나의 동료들과 나는 실리콘 토폴로지 빔포머 칩을 개발했다. 이 논문은 저널 네이처에 게재되었다.

토폴로지 테라헤르츠 주파수는 통신 회사가 2030년경에 출시할 계획인 6G에 필수적이다. 현재 무선 네트워크에서 사용하는 무선 주파수 스펙트럼은 점점 더 혼잡해지고 있다. 테라헤르츠파는 마이크로파와 적외선 사이의 전자기 스펙트럼에서 비교적 사용되지 않는 부분을 사용하여 솔루션을 제공한다. 이러한 더 높은 주파수는 엄청난 양의 데이터를 전송할 수 있으므로 미래의 데이터 집약적 애플리케이션에 이상적이다.

우리 칩은 단일 소스에서 테라헤르츠 신호를 가져와 54개의 작은 신호로 분할한 다음 134개의 날카로운 회전이 있는 184개의 작은 채널을 통해 안내한다. 각 빔은 초당 40~72기가비트의 속도로 데이터를 송수신할 수 있으며, 이는 오늘날의 5G 네트워크보다 몇 배 더 빠르다.

인공지능의 도움으로, 우리는 테라헤르츠파를 위한 레인을 형성하기 위해 특정 미세한 벌집 패턴을 갖는 칩을 설계했다. 채널 배열은 칩 주변 360도 전체를 커버하는 강력하고 집중된 빔을 보낸다. 이를 통해 Wi-Fi 라우터 또는 칩을 사용하는 다른 통신 장치 주변의 어느 곳에서나 전화 또는 기타 무선 장치가 고속 신호를 수신할 수 있다. 우리는 스트리밍 HD 비디오의 입력 신호를 4개의 출력 빔으로 분할하여 칩을 시연했다.

무선 네트워크의 빔포머

테라헤르츠파는 4G 및 5G 네트워크에서 사용되는 저주파 신호에 비해 범위가 짧다. 테라헤르츠 빔포머는 고주파 신호를 정확하게 전달하여 손실이나 저하 없이 목적지에 도달하도록 함으로써 이러한 과제를 해결한다.

빔포머는 차세대 무선 통신에 필수적이다. 신호를 무차별적으로 방송하는 기존 안테나와 달리 빔포머는 신호를 특정 방향으로 집중시켜 효율성과 안정성을 모두 높인다. 당사 칩은 이러한 빔이 모든 방향으로 커버리지를 제공하도록 보장한다.

이러한 집중적인 접근 방식은 신호 범위를 확장할 뿐만 아니라 장거리에서도 신호 품질을 개선한다. 빔포머는 전 세계에 수십억 개의 연결된 장치가 추가됨에 따라 간섭을 줄여 안정적인 연결을 관리하는 데 중요할 가능성이 높다.

테라헤르츠 빔포밍이 있는 미래

테라헤르츠 빔포밍 칩이 일상 생활에 미칠 수 있는 잠재적 영향은 엄청나다. 예를 들어, 이러한 칩은 오늘날의 W-Fi를 통해 11분이 걸리는 4K 초고화질 영화를 단 몇 초 만에 다운로드하거나 지연 없이 몰입형 가상 및 증강 현실 경험을 지원할 수 있다.

엔터테인먼트를 넘어 실시간 홀로그램 통신을 현실로 만들어 사람들이 생생한 홀로그램으로 나타날 수 있다. 스마트시티는 이 기술을 사용하여 교통 시스템과 응급 대응을 원활하게 조정할 수 있으며, 의료는 의사가 멀리서 로봇 기기를 제어하는 ​​원격 수술의 이점을 누릴 수 있다.

테라헤르츠 빔포밍 칩은 고주파 신호 전송의 과제를 극복하여 더 빠르고 안정적인 무선 통신으로 나아가는 길에서 중요한 진전을 나타낸다.

이미지 설명: 6G에서 XG 무선을 위한 멀티링크 THz 토폴로지 빔포머 실리콘 칩. 출처: Nature (2024). DOI: 10.1038/s41586-024-07759-5