La tecnología de terahercios es la próxima gran novedad en la tecnología inalámbrica, pero ¿qué es?



Aunque no existe una cadencia rígida para las innovaciones técnicas (constantemente se descubren cosas nuevas, intencional y accidentalmente), la tecnología celular se ha convertido en un modelo de generación por década, de modo que los dispositivos 4G dominaron la década de 2010. 5G está listo para la década de 2020 y se espera que 6G defina la década de 2030. El cambio clave que subyace a estos cambios generacionales es la expansión del espectro de radio utilizable: los dispositivos de radio miniaturizados en dispositivos de radio ahora pueden transmitir en un mayor número de frecuencias que antes, usar varias frecuencias simultáneamente y llenar canales más amplios con cantidades cada vez mayores de datos.

Anteriormente expliqué la diferencia en la red 4G-5G como una extensión de una autopista existente y la adición de nuevos carriles de alta velocidad extra anchos. Para los ingenieros de radio, el desafío era encontrar el espacio para construir estas carreteras. Durante las eras 4G y 5G, los gobiernos (lentamente y con mucho drama) reasignaron frecuencias de radio militares o reservadas para uso industrial y de consumo. A medida que surja la 6G, los ingenieros y los gobiernos ya están planeando aprovechar el espectro de terahercios, un bloque de frecuencias de radio tan alto que requerirá nuevos equipos de prueba, chips, antenas y otras innovaciones para comercializar.

¿Qué es? Tecnología de terahercios, ¿de verdad? Aquí hay una introducción que lo ayudará a comprender la próxima década de anuncios.


Terahercios en contexto

Si bien la mayoría de la gente considera que las tecnologías inalámbricas son casi mágicas, mire la reacción de esta multitud a la demostración de Wi-Fi de Apple de julio de 1999 siglo, pero ha evolucionado significativamente en las últimas dos décadas. Así como las radios domésticas y de automóviles recibieron transmisiones de audio de torres gigantes al aire libre, radios similares luego se encogieron para caber en computadoras, teléfonos, relojes y auriculares, y recibieron datos de estaciones base inalámbricas más pequeñas (y otros dispositivos).

Las ondas de radio a menudo se miden en múltiplos de "Hertz" (Hz), la unidad internacional de frecuencia que representa el número de ciclos en un segundo. Kilohercio (kHz) es mil Hz, megahercio (MHz) es un millón de Hz, gigahercio (GHz) es mil millones de Hz y terahercio es un billón de Hz. Para generalizar: a medida que aumentan las frecuencias, tiende a haber más ancho de banda disponible para datos, pero las ondas de radio viajan distancias más cortas y se obstruyen accidentalmente más fácilmente. Los equipos de sonido de los automóviles reciben señales de audio AM de baja calidad en cualquier lugar de una ciudad, el WiFi de su hogar solo funcionará en su casa y un teléfono 5G de onda milimétrica puede dejar caer la señal al moverse del lado equivocado de un panel de vidrio. [19659002] Para ser un poco más técnico: la tecnología de radio AM utilizó bloques de aproximadamente 10 kHz para transmitir señales de audio monoaurales entre 540 kHz y 1,6 MHz. Luego, la radio FM habilitó audio estéreo con un sonido superior mediante el uso de bloques de frecuencias más grandes con una frecuencia de aproximadamente 200 kHz entre 88,1 MHz y 108,1 MHz. Broadcast TV utilizó diferentes anchos de banda en frecuencias de 54-88 MHz, 174-216 MHz y 470-806 MHz para entregar señales combinadas de video y audio. Después de eso, Wi-Fi (2.4 GHz / 5 GHz) y las comunicaciones celulares comenzaron a engullir bloques de espectro de frecuencias más altas para los datos.

En retrospectiva, es casi divertido que estas frecuencias de televisión se llamaran "VHF" (frecuencia muy alta) y "UHF" (frecuencia ultra alta); Hoy en día, los dispositivos de bolsillo pueden transmitir a 39 GHz frecuencias de ondas milimétricas que son casi un millón de veces más altas, mientras que las frecuencias de terahercios de "ondas submilimétricas" son incluso más altas que las ondas milimétricas, pero se consideran seguras, casi hasta donde llegan las señales de radio sin movimiento. pueden convertirse en rayos de luz, rayos X y rayos cósmicos que, a diferencia de las ondas de radio de baja frecuencia, son formas de radiación que podrían alterar la biología humana.


Aplicaciones de terahercios hoy y mañana

El ancho de banda es la razón principal por la que la tecnología de terahercios busca redes 6G. Sin agotar todo el potencial del espectro, los investigadores ya han demostrado que las ondas de terahercios pueden hacer que los chips superen el pico de 5G de 10 Gbps, y se ha hablado de una velocidad objetivo de 6G de 1 Tbps. Esa cantidad de ancho de banda podría admitir videos de resolución incluso más alta que la disponible en la actualidad, así como inteligencia artificial del cerebro humano, hologramas móviles de personas y objetos y transmisión en vivo de "gemelos digitales" de edificios reales. Tan pronto como se generalicen los enlaces de comunicación de terahercios entre dispositivos, el operador inalámbrico japonés Docomo predice que la IA estará disponible en todas partes.

Hoy en día, la tecnología de terahercios se puede utilizar para producir cámaras que "ven" más allá de los límites del ojo humano. Al igual que las ondas milimétricas, las ondas submilimétricas se pueden utilizar para detectar armas ocultas en la ropa. También puede examinar el tejido blando para mapear el hueso y mirar a través de una capa de pintura para ver qué hay debajo. Empresas como TeraSense, Ino e i2s ya han desarrollado cámaras de terahercios que pueden mirar a través de los materiales o detectar pequeños defectos de fabricación, aunque las etiquetas de precio pueden ser impactantes: la i2s TZcam tenía un precio sugerido de venta al público de 80.000 dólares "la lente se vende por separado".

Se puede decir con razón que la tecnología de terahercios no llegará pronto a los teléfonos inteligentes. Suponiendo que la organización internacional de estándares 3GPP crezca junta en frecuencias de terahercios como base para las redes 6G, no se espera que la tecnología esté lista para su comercialización en dispositivos portátiles hasta alrededor de 2030. Samsung cree que los primeros dispositivos podrían surgir "ya en 2028", con una comercialización masiva dos o más años después. Un lapso de tiempo similar de 10 años ha demostrado ser suficiente para convertir la onda milimétrica del sueño de un ingeniero en tecnología celular viable. Así que no apueste a que esto sucederá en la próxima década.

Hasta entonces, puede contar con muchos anuncios de innovaciones técnicas de Terahertz. Keysight Technologies ayudó a NYU Wireless a construir un laboratorio de 6G antes de que la mayoría de la gente supiera qué era 5G, desde frecuencias de subterahercios hasta el rango de terahercios. La FCC estadounidense abrió un amplio espectro de 95 GHz a 3 THz el año pasado y ofreció licencias de 10 años a empresas que quisieran experimentar con la tecnología de "frecuencia extremadamente alta". Ya se están realizando investigaciones en todo el mundo sobre posibles materiales de fabricación y aplicaciones para tecnologías de terahercios.

Tendremos que ver si el espectro de terahercios cumple con su promesa, pero hemos visto transmisiones de datos seguras y de alto rendimiento con un consumo de energía extremadamente bajo. Se pueden encontrar antenas de frecuencia "extremadamente pequeñas" en todo, desde teléfonos y computadoras hasta dispositivos portátiles e incluso ropa. Los ingenieros todavía tienen mucho trabajo por hacer para que la tecnología de terahercios sea práctica para los consumidores. Sin embargo, si continúan en su camino actual, las próximas dos décadas de innovación inalámbrica deberían ser aún más emocionantes que las dos últimas.


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