Из-за своей высокой частоты терагерцовые волны могут передавать в сотни раз больше данных, чем микроволны, которые используются для передачи наших данных сегодня. Но эта высокая частота также означает, что терагерцовые волны распространяются иначе, чем микроволны.
В то время как микроволны исходят от источника во всенаправленном вещании, терагерцовые волны распространяются узкими лучами.
«Когда вы говорите о сети, которая излучает лучи, возникает множество вопросов о том, как вы на самом деле строите эту сеть», – сказал Дэниел Миттлман, профессор инженерной школы Брауна. "Один из этих вопросов заключается в том, как точка доступа, которую можно представить как маршрутизатор, узнает, где находятся клиентские устройства, чтобы направить на них луч. Вот о чем мы думаем здесь."
В статье, опубликованной в Nature Communications, исследователи из Университета Брауна и Райса показали, что устройство, известное как излучающий волновод, можно использовать для обнаружения каналов на терагерцовых частотах.
Такой подход позволяет обнаруживать ссылки пассивно и за один раз.
Концепция вытекающего волновода проста.
Это всего лишь две металлические пластины с промежутком между ними, где может распространяться излучение. Одна из пластин имеет узкую прорезь, через которую выходит немного излучения.
Это новое исследование показывает, что устройство можно использовать для обнаружения и отслеживания ссылок, используя одно из его основных свойств: разные частоты выходят из щели под разными углами.
«Мы вводим широкий диапазон терагерцовых частот в этот волновод за один импульс, и каждый из них выходит одновременно под разным углом», – сказал Ясаман Гасемпур, аспирант Райс и соавтор исследования. "Вы можете думать об этом как о утечке радуги, где каждый цвет представляет собой уникальную спектральную сигнатуру, соответствующую углу."
А теперь представьте дырявый волновод, помещенный на точку доступа. В зависимости от того, где находится клиентское устройство относительно точки доступа, из волновода будет выходить другой цвет. Клиент просто отправляет сигнал обратно в точку доступа, в котором говорится: «Я увидел желтый», и теперь точка доступа точно знает, где находится клиент, и может продолжить его отслеживание.
«Речь идет не только об обнаружении связи один раз», – сказал Ясаман. "На самом деле направление передачи нужно постоянно корректировать по мере движения клиента. Наша методика обеспечивает сверхбыструю адаптацию, что является ключом к достижению бесперебойной связи."
В установке также используется неплотный волновод на стороне клиента. С этой стороны, диапазон частот, принимаемых через щель в волноводе, можно использовать для определения положения маршрутизатора относительно локального вращения устройства – например, когда кто-то поворачивает стул во время использования ноутбука.
Миттлман говорит, что найти новый способ заставить работать обнаружение каналов в терагерцовом диапазоне важно, потому что существующие протоколы для обнаружения каналов в микроволновых печах просто не будут работать для сигналов терагерцового диапазона. Даже протоколы, которые были разработаны для растущих сетей 5G, которые являются гораздо более направленными, чем стандартные микроволны, не подходят для терагерцового диапазона. Это потому, что, несмотря на свою узость лучей 5G, они все равно примерно в 10 раз шире, чем лучи в терагерцовой сети.
«Я думаю, некоторые люди предположили, что, поскольку 5G является в некоторой степени направленным, эта проблема была решена, но решение 5G просто не масштабируется», – сказал Миттлман. "Нужна совершенно новая идея.
Это одна из тех фундаментальных частей протокола, которые вам понадобятся для построения терагерцовых сетей."
Другими соавторами статьи были Раби Шреста и Аарон Чарус из Университета Брауна и Эдвард Найтли из Университета Райса.
Работа поддержана Cisco, Intel и Национальным научным фондом.