Forskere løser linkopdagelsesproblem for terahertz-datanetværk

Når nogen åbner en bærbar computer, en router kan hurtigt finde den og forbinde den til det lokale Wi-Fi-netværk. Denne evne er et grundlæggende element i ethvert trådløst netværk kendt som link discovery, og nu har et team af forskere udviklet et middel til at gøre det med terahertz-stråling, de højfrekvente bølger, der en dag kunne give ultrahurtig trådløs datatransmission.

På grund af deres høje frekvens, terahertz-bølger kan bære hundredvis af gange mere data end de mikrobølger, der bruges til at bære vores data i dag. Men den høje frekvens betyder også, at terahertz-bølger forplanter sig anderledes end mikrobølger. Hvorimod mikrobølger udgår fra en kilde i en rundstrålende udsendelse, terahertz-bølger udbreder sig i smalle stråler.

"Når du taler om et netværk, der udsender stråler, det rejser et utal af spørgsmål om, hvordan du rent faktisk bygger det netværk, "sagde Daniel Mittleman, en professor ved Brown's School of Engineering. "Et af disse spørgsmål er, hvordan fungerer et adgangspunkt, som du kan tænke på som en router, finde ud af, hvor klientenheder er for at rette en stråle mod dem. Det er det, vi tænker på her«.

I et papir udgivet i Naturkommunikation , forskere fra Brown and Rice University viste, at en enhed kendt som en utæt bølgeleder kan bruges til linkopdagelse ved terahertz-frekvenser. Fremgangsmåden gør det muligt at foretage linkopdagelse passivt, og i ét skud.

Konceptet med en utæt bølgeleder er enkelt. Det er kun to metalplader med et mellemrum mellem dem, hvor stråling kan forplante sig. En af pladerne har en smal slids skåret ind i den, som tillader en lille smule af strålingen at sive ud. Denne nye forskning viser, at enheden kan bruges til linkopdagelse og sporing ved at udnytte en af ​​dens underliggende egenskaber:at forskellige frekvenser siver ud af spalten i forskellige vinkler.

"Vi indlæser en lang række terahertz-frekvenser i denne bølgeleder i en enkelt puls, og hver enkelt lækker ud samtidigt i en anden vinkel, " sagde Yasaman Ghasempour, en kandidatstuderende på Rice og medforfatter på studiet. "Du kan tænke på det som en regnbue, der siver ud, med hver farve repræsenterer en unik spektral signatur svarende til en vinkel."

Forestil dig nu en utæt bølgeleder placeret på et adgangspunkt. Afhængigt af hvor en klientenhed er i forhold til adgangspunktet, det kommer til at se en anden farve komme ud af bølgelederen. Klienten sender bare et signal tilbage til adgangspunktet, der siger:"Jeg så gul, " og nu ved adgangspunktet præcis, hvor klienten er, og kan fortsætte med at spore det.

"Det handler ikke kun om at opdage linket én gang, " sagde Yasaman. "Faktisk, transmissionsretningen skal løbende justeres, efterhånden som klienten bevæger sig. Vores teknik giver mulighed for ultrahurtig tilpasning, hvilket er nøglen til at opnå problemfri forbindelse."

Opsætningen bruger også en utæt bølgeleder på klientsiden. På den side, frekvensområdet modtaget gennem spalten i bølgelederen kan bruges til at bestemme routerens position i forhold til enhedens lokale rotation - som når nogen drejer deres stol, mens de bruger en bærbar computer.

Mittleman siger, at det er vigtigt at finde en ny måde at få linkopdagelse til at fungere i terahertz-riget, fordi eksisterende protokoller til linkopdagelse i mikrobølger simpelthen ikke vil fungere for terahertz-signaler. Selv de protokoller, der er blevet udviklet til spirende 5G-netværk, som er meget mere retningsbestemte end standardmikrobølger, er ikke mulige for terahertz. Det er fordi lige så smalle som 5G stråler er, de er stadig omkring 10 gange bredere end bjælkerne i et terahertz-netværk.

"Jeg tror, ​​at nogle mennesker har antaget, at da 5G er noget retningsbestemt, dette problem var løst, men 5G-løsningen er simpelthen ikke skalerbar, " sagde Mittleman. "Der er brug for en helt ny idé. Dette er en af ​​de grundlæggende protokoldele, som du skal bruge for at begynde at bygge terahertz-netværk."