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在弯道周围采用太赫兹数据链路

布朗大学研究人员进行的一项新研究表明,太赫兹频率数据链路可以在房间内反弹而不会丢失太多数据。结果对于未来太赫兹无线数据网络的可行性来说是个好消息,这些数据网络有可能携带比现有网络多很多倍的数据。

今天的蜂窝网络和Wi-Fi系统依靠微波辐射来传输数据,但对越来越多带宽的需求正在迅速变得超过微波可以处理的范围。研究人员正在考虑在更高频率的太赫兹波上传输数据,这些波的频率是微波数据传输容量的100倍。但太赫兹通信技术还处于起步阶段。有许多基础研究要做,需要克服许多挑战。

例如,假设太赫兹链路需要发射器和接收器之间的直接视线。与微波不同,太赫兹波完全被大多数固体物体阻挡。并且假设不可能将太赫兹光束反射 - 例如,在一两面墙外 -​​ 以找到物体周围的清晰路径。

“我认为可以说,太赫兹领域的大多数人都会告诉你,这些弹跳会有太大的功率损失,所以非太视距连接在太赫兹时是不可行的,” Daniel Mittleman是布朗大学工程学院的教授,也是APL Photonics发表的新研究的高级作者。“但我们的工作表明,在某些情况下,损失实际上是可以容忍的 - 比许多人想象的要少得多。”

在这项研究中,Mittleman和他的同事们以四种不同的频率从各种物体 - 镜子,金属门,煤渣墙和其他物体 - 反弹太赫兹波,并测量了波后数据的误码率。反弹。他们表明,信号功率的适度增加可以实现可接受的误码率。

“人们担心的是,为了使这些反弹并且不会丢失你的数据,你需要更多的力量来生成,”Mittleman说。“我们证明你不需要你想象的那么多力量,因为弹跳的损失并不像你想象的那么多。”

在一项实验中,研究人员将光束从两面墙上弹开,当发射器和接收器彼此相距一个角落时,可以成功连接,没有任何直接的视线。这是支持太赫兹局域网概念的有希望的发现。

“你可以想象一个无线网络,”Mittleman解释说,“有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,但是有人走进去阻挡光束。如果你不能找到一条替代路径,该链接将被关闭。我们展示的是,您可能仍然能够通过搜索可能涉及从某个地方的墙壁反弹的新路径来维护链接。今天有些技术可以做到这一点对于较低频率的路径寻找,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。美国联邦通信委员会颁发的实验许可证使布朗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。当信号长距离传输时,波浪扇出,形成一个不断扩大的锥体。由于扇形展开,一部分波在到达接收器之前将从地面反弹。除非解码器对其进行补偿,否则反射的辐射会干扰主信号。这是微波传输中一个众所周知的现象。Mittleman和他的同事想要在太赫兹范围内描述它。

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,在草地上发生的程度较小。这可能是因为草有很多水,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,留下更少的光束来干扰主光束。Mittleman说,这意味着在草地上的太赫兹链路可能比在混凝土上更长,因为处理干扰的次数更少。

但是,这种对地面的干扰还有一个好处。

“镜面反射代表了你信号的另一条可能路径,”Mittleman说道。“你可以想象,如果您的站点路径被阻挡,您可以考虑将其从地面反弹到达那里。”

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架构至关重要。

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