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绕弯道进行太赫兹数据链接

时间:2020-04-27 12:55:28 | 来源:

布朗大学研究人员进行的一项最新研究表明,太赫兹频率数据链路可以在房间周围反弹,而不会丢失太多数据。这些结果对于未来的太赫兹无线数据网络的可行性是个好消息,该网络有可能承载比当前网络多许多倍的数据。

当今的蜂窝网络和Wi-Fi系统依靠微波辐射来传输数据,但是对越来越多带宽的需求正在迅速变得超出微波所能应付的范围。研究人员正在考虑在更高频率的太赫兹波上传输数据,而太赫兹波的传输能力是微波的100倍。但是太赫兹通信技术还处于起步阶段。有很多基础研究要做,有很多挑战需要克服。

例如,假设太赫兹链路在发射器和接收器之间需要直接的视线。与微波不同,太赫兹波完全被大多数固体物体阻挡。人们一直认为不可能在周围(例如,从一堵墙壁或两堵墙壁上)反弹太赫兹光束来在物体周围找到清晰的路径。

“我认为可以说太赫兹领域的大多数人会告诉你,这些反弹会造成太多的功率损耗,因此非视距链路在太赫兹中不可行,”丹尼尔·米特曼(Daniel Mittleman)是布朗大学工程学院的教授,也是发表在APL Photonics上的新研究的资深作者。“但是我们的工作表明,在某些情况下,损失实际上是可以忍受的,比许多人原本想的要少得多。”

在这项研究中,Mittleman和他的同事以四种不同频率从各种物体(镜子,金属门,煤渣墙等)上反弹了太赫兹波,并测量了海浪之后数据的误码率。弹跳。他们表明,随着信号功率的适度增加,可以实现可接受的误码率。

Mittleman说:“人们担心的是,为了使这些反弹并不会丢失您的数据,您需要的能量比可行的还要多。”“我们证明,您不需要的能量不如您想像的多,因为弹跳的损失不如您想像的那么大。”

在一个实验中,研究人员从两堵墙反弹了一束光束,当发射器和接收器彼此围绕在一个角上时,就可以成功建立链接,而没有任何直接的视线。这是支持太赫兹局域网概念的一个有希望的发现。

“你可以想像一个无线网络,”米特尔曼解释说,“某人的计算机连接到太赫兹路由器,并且两者之间有直接的视线,但随后有人进来并阻挡了光束。如果不能找到一条替代路径,该链接将被关闭我们展示的是,您仍然可以通过寻找一条可能涉及弹跳墙壁的新路径来维护该链接。当今,有些技术可以做到这一点。寻找较低频率的路径,没有理由不能为太赫兹开发它们。”

研究人员还在太赫兹无线链路上进行了几次户外实验。由FCC颁发的实验性许可证使Brown成为该国唯一可以在这些频率下合法进行户外研究的地方。Mittleman说,这项工作很重要,因为科学家们才刚刚开始了解太赫兹数据链接在元素中的行为细节。

他们的研究集中于所谓的镜面反射。当长距离传输信号时,波会散开,形成不断扩大的圆锥。由于呈扇形散开,一部分波将在到达接收器之前从地面反弹。除非解码器对其进行补偿,否则反射的辐射会干扰主信号。在微波传输中,这是一个很好理解的现象。Mittleman和他的同事想在太赫兹范围内对其进行表征。

他们表明,这种干扰确实发生在太赫兹波中,但与混凝土相比在草地上的干扰程度较小。这可能是因为草中有很多水,这些水往往会吸收太赫兹波。因此,在草地上,反射光束比混凝土吸收的程度更大,而较少的光束干扰主光束。Mittleman说,这意味着草皮上的太赫兹链接可以比混凝土上的太赫兹链接更长,因为要处理的干扰更少。

但是这种对地面的干扰也有好处。

Mittleman说:“镜面反射代表信号的另一种可能路径。”“您可以想象,如果您的站点线路径被阻塞,您可以考虑将其弹起而到达目的地。”

Mittleman说,这些关于太赫兹数据传输性质的基础研究对于理解如何为未来的太赫兹数据系统设计网络体系结构至关重要。

Mittleman的合著者是马建军,Rabi Shrestha和Lothar Moeller。该研究得到了美国国家科学基金会和WM Keck基金会的支持。

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