U nedavnom znanstvenom otkriću koje bi moglo bitno poboljšati bežičnu komunikaciju, istraživači su predstavili novu tehniku manipulacije terahercnim valovima koja omogućava njihovo savijanje oko prepreka umjesto njihova zaustavljanja. Ta sposobnost savijanja terahercnih valova otvara nove mogućnosti za komunikaciju bez prekida, čak i u urbanim sredinama prepunim fizičkih barijera kao što su zidovi, namještaj i ljudi.

Sustavi mobilnih mreža i Wi-Fi danas su tehnološki napredniji nego ikada, ali suočavaju se s ozbiljnim ograničenjima u vezi s propusnošću podataka. Znanstvenici smatraju da će u bliskoj budućnosti morati preći na znatno više frekvencije komunikacije od onih koje trenutačni sustavi koriste. Međutim, prije nego što se to može ostvariti, brojne su prepreke koje je potrebno savladati.

Tim istraživača s Brown University i Rice University napravio je značajan korak prema rješavanju problema prepreka, razvijajući metodu kojom se svjetlost savija oko prepreka. U novoj studiji objavljenoj u časopisu Communications Engineering opisuju kako pridonose rješavanju jednog od najvećih zastoja koji se pojavljuje u razvoju bežične komunikacije. Trenutno korišteni sustavi oslanjaju se na mikrovalnu radijaciju za prijenos podataka, no jasno je da će budući standardi za prijenos podataka koristiti terahercne valove, koji mogu prenositi do sto puta više podataka od mikrovalova. Jedan od glavnih problema dosad bio je taj što terahercni signali mogu biti blokirani većinom čvrstih objekata, što zahtijeva izravnu vidljivost između predajnika i prijemnika.

„Većina ljudi vjerojatno koristi Wi-Fi baznu stanicu koja pokriva prostoriju bežičnim signalima“, rekao je Daniel Mittleman, profesor na Brownovom Fakultetu za inženjering i glavni autor studije. „Bez obzira na to gdje se kreću, održavaju vezu. Međutim, na višim frekvencijama o kojima govorimo ovdje, to više neće biti moguće. Umjesto toga, bit će to usmjeren snop. Ako se pomaknete, taj snop će vas morati pratiti kako bi održao vezu, a ako izađete iz snopa ili nešto blokira tu vezu, tada nećete primati signal."

Istraživači su ovaj problem zaobišli stvaranjem terahercnog signala koji slijedi zakrivljenu putanju oko prepreke, umjesto da bude blokiran. 

„Ovo je prvi zakrivljeni podatkovni link na svijetu, ključan korak u ostvarivanju vizije 6G mreže visoke brzine prijenosa podataka i visoke pouzdanosti", rekao je Edward Knightly, suautor studije i profesor elektrotehničkog i računalnog inženjerstva na Sveučilištu Rice.

Novi pristup koji je predstavljen u studiji mogao bi revolucionirati bežičnu komunikaciju te ističe buduću izvedivost mreža za prijenos podataka koje koriste terahercne frekvencije, prema riječima istraživača.

„Želimo više podataka u sekundi“, rekao je Mittleman. „Ako to želite postići, potrebna vam je veća propusnost, a ta propusnost jednostavno ne postoji korištenjem uobičajenih frekvencijskih opsega.“

U studiji Mittleman i njegovi kolege uvode koncept samopogonjenih zraka. Te zrake su posebne konfiguracije elektromagnetskih valova koje prirodno savijaju ili se zakrivljuju na jednu stranu dok se kreću kroz prostor. Zrake su proučavane na optičkim frekvencijama, ali sada se istražuju za terahercnu komunikaciju.

Istraživači su ovu ideju iskoristili kao polazišnu točku. Projektirali su predajnike s pažljivo osmišljenim uzorcima kako bi sustav mogao manipulirati jačinom, intenzitetom i vremenom elektromagnetskih valova koje proizvodi. Sposobnošću manipulacije svjetlošću istraživači omogućuju valovima da učinkovitije surađuju kako bi održali signal kada čvrsti objekt blokira dio zrake. U suštini, svjetlosna zraka prilagođava se blokadi prenoseći podatke uz pomoć uzoraka koje su istraživači ugradili u predajnik. Kada se jedan uzorak blokira, podaci se prenose na sljedeći, a zatim na sljedeći ako je i on blokiran. To omogućuje da veza signala ostane potpuno netaknuta. Bez ove razine kontrole, kada zraka bude blokirana, sustav ne može napraviti nikakve prilagodbe, pa signal ne prolazi.

To efektivno omogućava signalu da se savije oko objekata sve dok predajnik nije potpuno blokiran. Ako je potpuno blokiran, potrebno je pronaći drugi način kako dostaviti podatke prijemniku.

„Savijanje zrake ne rješava sve moguće probleme s blokadama, ali rješava neke od njih i rješava ih na način koji je bolji od onoga što su drugi pokušali“, rekao je Hichem Guerboukha, koji je vodio studiju kao postdoktorski istraživač na Brownu, a sada je izvanredni profesor na Sveučilištu u Missouriju – Kansas Cityju.

Istraživači su svoje nalaze potvrdili kroz opsežne simulacije i eksperimente navigacije oko prepreka kako bi održali veze komunikacije s visokom pouzdanošću i integritetom. Rad se nadovezuje na prethodnu studiju tima koja je pokazala da se terahercni podatkovni linkovi mogu odbiti od zidova u prostoriji bez značajnog gubitka podataka.

Koristeći ove zakrivljene zrake, istraživači se nadaju da će jednog dana učiniti bežične mreže pouzdanijima, čak i u prepunim ili blokiranim okruženjima. To bi moglo dovesti do bržih i stabilnijih internetskih veza na mjestima poput ureda ili gradova gdje su prepreke uobičajene. Prije nego što se dođe do te točke, međutim, potrebno je još mnogo

 osnovnih istraživanja i mnogo izazova koje treba prevladati jer je tehnologija terahercne komunikacije još uvijek u povojima.

„Jedno od ključnih pitanja koje nam svi postavljaju je koliko možete saviti i koliko daleko“, rekao je Mittleman. „Učinili smo grube procjene tih stvari, ali ih još nismo stvarno kvantificirali, pa se nadamo da ćemo to uspjeti mapirati.“

Rad je podržan od Nacionalne zaklade za znanost i Ureda za znanstvena istraživanja zračnih snaga.

Izvor: Brown University