Dual user wired or 60 GHz wireless selective access link with 10Gbit/s 4-QAM signal based on the upper and lower single sideband modulation

In de moderne wereld is onze vraag naar data onverzadigbaar. We streamen video in hoge definitie, voeren complex wetenschappelijk onderzoek uit en winkelen online, wat allemaal netwerken vereist die enorme hoeveelheden informatie snel en betrouwbaar kunnen vervoeren. Momenteel vertrouwen we op twee hoofdtypen verbindingen om aan deze behoeften te voldoen. De eerste is de glasvezelkabel, een dunne glazen draad die enorme hoeveelheden data over lange afstanden met ongelooflijke snelheid kan verzenden, maar deze is star; zodra de kabel is gelegd, is de verbinding gebonden aan een specifieke locatie. De tweede is draadloze toegang, die de vrijheid biedt om overal binnen een bepaalde reikwijdte verbinding te maken, maar die vaak moeite heeft met het enorme volume aan data dat nodig is voor eerstelijns diensten van de volgende generatie. De uitdaging voor ingenieurs is om deze twee werelden te versmelten: een systeem te creëren dat de enorme capaciteit van glasvezel biedt met de flexibiliteit van draadloze toegang, waardoor gebruikers kunnen schakelen tussen de twee of ze simultaan kunnen gebruiken zonder complexe infrastructurele wijzigingen.

Onderzoekers aan de North China University of Water Resources and Electric Power en de Beijing Information Science and Technology University hebben een nieuwe manier voorgesteld om deze fusie te bereiken. Ze ontwierpen een systeem dat data naar twee verschillende gebruikers kan leveren, waarbij elke gebruiker de keuze krijgt om de informatie te ontvangen via een bekabelde verbinding of via een hoogwaardig draadloos signaal, terwijl er gebruik wordt gemaakt van een enkele lichtstroom die door een glasvezelkabel reist. De kern van hun idee omvat een techniek genaamd single-sideband modulatie. Stel je een lichtstraal voor die data draagt als een draaggolf. In plaats van de data op een manier te verzenden die een rommelig, breed signaal creëert, hebben de onderzoekers het licht zo gevormd dat de informatie netjes op één specifieke zijde van de draaggolf frequentie zit. Ze deden dit voor twee afzonderlijke datastromen, door de ene op de "bovenkant" van een lichtfrequentie te plaatsen en de andere op de "onderkant" van een andere lichtfrequentie. Deze twee gevormde signalen werden vervolgens gecombineerd in een enkele, verenigde lichtstraal.

Deze verenigde straal reist door een standaard glasvezelkabel over een afstand van tot wel 20 kilometer. Aan het einde van de lijn bereikt het signaal een ontvangstation dat is uitgerust met twee verschillende typen toegangspunten voor twee afzonderlijke gebruikers. De genialiteit van het ontwerp ligt in de manier waarop het signaal wordt gesplitst en verwerkt op deze bestemming. Afhankelijk van wat de gebruiker nodig heeft, kan het systeem het licht filteren om de data op een van de twee manieren te extraheren. Als de gebruiker een bekabelde verbinding wil, isoleert het systeem een specifieke set lichttonen en zet deze direct om in een elektrisch signaal dat over een kabel reist. Als de gebruiker de voorkeur geeft aan draadloze toegang, selecteert het systeem een andere set lichttonen. Wanneer deze twee specifieke tonen de detector raken, interageren ze om een hoogfrequente radiogolf te creëren, specifiek een 60 gigahertz millimetergolf-signaal, dat draadloos naar een apparaat kan worden uitgezonden. Dit proces, bekend als heterodyne beating, zet het lichtsignaal effectief om in een radiosignaal op het exacte punt van levering.

De onderzoekers testten dit concept met behulp van een geavanceerde computersimulatie om te zien of het stand zou houden onder realistische omstandigheden. Ze modelleerden de transmissie van een datastroom van 10 gigabit per seconde, een snelheid die voldoende is voor veeleisende moderne toepassingen, gebruikmakend van een modulatieformaat dat bekend staat als 4-QAM. Dit formaat codeert data door de fase van het signaal te veranderen, wat zorgt voor een efficiënt gebruik van de beschikbare bandbreedte. De simulatie toonde aan dat zelfs nadat het licht 20 kilometer door de glasvezel had gereisd, het systeem de signalen voor beide gebruikers succesvol kon scheiden. Of de data nu werd geleverd als een bekabelde verbinding of werd omgezet in een 60 gigahertz draadloos signaal, de kwaliteit bleef hoog. De onderzoekers onderzochten de helderheid van de data door te kijken naar visuele representaties van het signaal, bekend als constellatiediagrammen en oogdiagrammen. Deze afbeeldingen lieten zien dat de datapunten duidelijk bleven en de signaalpaden open bleven, zelfs na de lange reis door de glasvezel, wat aangeeft dat het systeem de transmissie kon afhandelen zonder extra apparatuur nodig te hebben om signaaldegradatie te corrigeren.

De bevindingen suggereren dat deze aanpak een flexibel en efficiënt pad naar de toekomst biedt. Door het signaal verenigd te houden terwijl het door de glasvezel reist en pas aan het einde te beslissen of het als bedraad of draadloos wordt verzonden, vereenvoudigt het systeem de netwerkarchitectuur. Het elimineert de noodzaak voor complexe, afzonderlijke infrastructuren voor zowel bekabelde als draadloze diensten. De resultaten van de simulatie geven aan dat deze methode twee gebruikers gelijktijdig kan ondersteunen, waarbij elke gebruiker de vrijheid heeft om de voorkeursmodus voor toegang te kiezen zonder dat dit ten koste gaat van de snelheid of betrouwbaarheid. Hoewel dit werk nog een simulatie is en nog niet is gebouwd als een fysiek prototype, demonstreert de theoretische prestatie dat een dergelijk hybride netwerk haalbaar is. Het biedt een veelbelovende oplossing voor een toekomst waarin de grens tussen bekabelde en draadloze connectiviteit vervaagt, en waarbij hoogwaardige, aanpasbare toegang wordt geboden aan de groeiende eisen van een datagedreven samenleving.