كابلات جديدة لنقل البيانات بسرعة تيرابايت في الثانية!
المعلوماتية >>>> اتصالات وشبكات
Image: https://trioglobalkabel.de/en/
تطوّرت التقنيات الحديثة في مكونات أنظمة الوصول حتى وصلت إلى ترددات عالية، والتي بدورها فتحت إمكانية جديدة لاستغلال طول موجي ميليمتري وتردد تيراهرتز، وقد تابع العلماء بدورهم التقدّم المستمر في تطوير الخوارزميات وإدراج المجال الزمني المزدوج في الخوارزميات الشعاعية (vectoring algorithms)، إضافة إلى أنهم أثبتوا أنّ استخدام ترددات عالية -تصل إلى 200 غيغاهرتز تمر عبر زوج من الأسلاك النحاسية عند مدى انتشار 500 متر- يمكّنُ من تحقيق معدلات نقل تصل إلى 100 ميغابايت بالثانية، كذلك تمكنوا من تحقيق معدلات نقل تتجاوز 1 غيغابايت بالثانية على مسافات أقصر، ونجح العلماء بالاختبارات في الوصول إلى معدل نقل 1 تيرابايت بالثانية (1،2،3).
ويتكون جهاز الإرسال من سلسلة مولد الترددات (Virginia Diodes) الذي ينتج إشارةً مستمرة ذا استقطاب أفقي بتردد 200 غيغاهرتز، وتبلغ استطاعتها قرابة 20 dBm.
برأيك؛ لماذا استُخدِمت ترددات عالية؟ وما شرط الاستخدام؟
حسنًا إليك الجواب..
إن الترددات العالية تسمح لنا بنطاق عرض (Bandwidth) أوسع، ومن ثم إرسال بيانات أكثر عبر القناة، بشرط ألّا تسمح القناة المستخدمة بحصول التشويش الناتج عن التداخل (3).
وتكمن الاستفادة من وجود أكثر من دليل موجي (waveguide) في تنفيذ تقنيات أجهزة Multiple Input Multiple Output (MIMO) في الأنظمة اللاسلكية، والتي تزيد من إجمالي قدرة القناة في معدلات الإرسال والاستقبال والهوائيات.
كذلك ضمن الخبراء -حسب دراساتهم- أنهم سيتمكنون من تحقيق نظام يتألف من ثمانية أجهزة استقبال وثمانية أجهزة إرسال، وذلك بعد إجرائهم افتراضات واقعية حسبوا فيها أعلى سرعة بيانات قابلة للتحقيق، علمًا أنّ نسبة الإشارة إلى الضجيج تُعدّ أحد أهم البارامترات الرئيسة لمعدل تدفق البيانات (3).
استُخدم جهاز ذو سلكين يعملان بالتوازي في نقل الإشارات داخل غمد بقطر كبير، وذلك بفضل أساليب معالجة الإشارات المتقدمة من قبل العالم جون تشوفي (John Cioffi)؛ مخترع خطوط المشتركين الرقمية Digital Subscriber Line DSL.
وصُمّم هذا الغمد لربط الطاقة والقضاء على خسائر الانحناء، وهو يستخدم نظام الأسلاك النحاسية الذي أثبت كفاءَته بتوجيه موجات تردداتها من مرتبة تيراهرتز في مخطط دليل الموجة؛ إذ تتعرض الموجة في النمط الرقمي لخسائر إشعاعية عند الانحناء.
تتشكل القناة المستخدمة في تجارب هذا العمل من اثنين من الأسلاك داخل غمد الفولاذ المقاوم للصدأ، ويتكون دليل الموجة من أسلاك نحاسية قطرها 0.5 مليمتر وهي نفسها المستخدمة في خطوط الهاتف التقليدية، وتنفصل عن بعضها بمسافة 1 مليمتر من مركز السلك إلى مركز السلك الآخر، وتقع الأسلاك داخل أنبوب معدني قطره 12.5 مليمتر، يتوازى السلكان على طول القناة باستخدام حاملات هاتف صغيرة جدًّا موضوعة على مسافات متساوية في القناة، وينعطف دليل الموجة مرة واحدة بدرجة °32.3؛ مما يمنع الاقتران المباشر بين خط الأفق والفضاء الحر بين المرسل والمتلقي (1،3).
المصادر:
2- Shrestha R، Kerpez K، Hwang C، Mohseni M، Cioffi J، Mittleman D. A wire waveguide channel for terabit-per-second links. Applied Physics Letters. 2020;116(13):131102.
هنا
3- Lin J، Xi L، Li J، Li J، Tang X، Sun L et al. High-quality frequency-locked optical frequency comb source for terabits optical communication system. Optical Engineering. 2014;53(12):122608. هنا
