弯曲太赫兹波或将彻底改变无线通信方式
无线通信领域的一项突破显示，太赫兹波有可能绕过障碍物，增强连接性，为先进的网络技术铺平道路。
一项彻底改变无线通信的研究介绍了一种绕过障碍物的太赫兹信号曲线的新方法。研究人员揭示了一种操纵太赫兹波的新方法，它能使太赫兹波绕过障碍物，而不是被障碍物阻挡，这一突破有助于彻底改变无线通信。虽然蜂窝网络和Wi-Fi系统比以往任何时候都更加先进，但它们也很快达到了带宽极限。科学家们知道，在不久的将来，它们将需要过渡到比目前系统所依赖的通信频率高得多的频率，但在这之前，有一些障碍——相当实际的障碍——挡在了前面。布朗大学和莱斯大学的研究人员表示，他们已经向前迈进了一步，可以绕过这些坚固的障碍物，比如墙壁、家具，甚至是人——他们是通过弯曲光线来实现这一点的。太赫兹通信的进步在发表于《通信工程》（CommunicationsEngineering）杂志的一项新研究中，研究人员描述了他们如何帮助解决无线通信中出现的最大障碍之一。目前的系统依靠微波辐射来传输数据，但很明显，未来的数据传输标准将使用太赫兹波，它的数据传输能力是微波的100倍。一个长期存在的问题是，与微波不同，太赫兹信号会被大多数固体物体阻挡，因此发射器和接收器之间必须在直接视线内。布朗大学工程学院教授、该研究的资深作者丹尼尔·米特尔曼（DanielMittleman）说：“大多数人可能都在使用一个Wi-Fi基站，它能让整个房间充满无线信号。无论他们移动到哪里，都能保持链接。在我们所说的更高频率下，链接就很困难了。取而代之的是定向光束，如果你走动，光束就必须跟着你，以保持链路，如果你移动到光束之外，或者有东西阻挡了链路，那么你就得不到任何信号。”研究人员通过创建一种太赫兹信号来规避这一问题，这种信号会沿着弯曲的轨迹绕过障碍物，而不会被障碍物阻挡。这项研究的共同作者、莱斯大学电气与计算机工程系教授爱德华·奈特利（EdwardKnightly）说：“这是世界上第一条弯曲的数据链路，是实现高数据速率和高可靠性的6G愿景的重要里程碑。”研究人员表示，这项研究中揭示的新方法有助于彻底改变无线通信，并凸显了在太赫兹频率上运行的无线数据网络的未来可行性。“我们希望每秒获得更多数据，”米特尔曼说，“如果你想做到这一点，你需要更多的带宽，而使用传统频段根本不存在这种带宽。”信号传输的新技术在这项研究中，米特尔曼和他的同事提出了自加速波束的概念。这种光束是电磁波的一种特殊结构，当它们在空间移动时，会自然地向一侧弯曲。这种光束曾在光学频率下进行过研究，现在则被用于太赫兹通信。研究人员以此为出发点。他们设计了具有精心设计图案的发射器，使系统能够操纵产生的电磁波的强度和时间。有了这种操纵光的能力，当固体物体挡住部分光束时，研究人员就能使电磁波更有效地协同工作，以保持信号。从根本上说，光束会根据研究人员在发射器中设计的模式对数据进行洗牌，从而适应阻挡。当一个图案被阻挡时，数据会传输到下一个图案，如果下一个图案被阻挡，数据又会传输到下一个图案。这样就保持了信号链路的完整。如果没有这种程度的控制，当光束被阻挡时，系统无法进行任何调整，因此没有信号通过。只要发射器没有被完全阻挡，这就能有效地使信号绕过物体。如果完全被阻挡，就需要另一种方式将数据传送到接收器。希切姆·盖尔布哈（HichemGuerboukha）作为时任布朗大学的博士后研究员领导了这项研究，他现在是密苏里大学堪萨斯城分校的助理教授。研究人员通过大量的模拟和实验验证了他们的发现，即绕过障碍物，保持通信链路的高可靠性和完整性。该研究团队之前的一项研究表明，太赫兹数据链路可以被房间内的墙壁弹开，而不会丢失过多数据。实际应用与持续研究通过使用这些弯曲的波束，研究人员希望有朝一日能使无线网络更加可靠，即使是在拥挤或受阻的环境中。在办公室或城市等障碍物较多的地方，这可能会带来更快、更稳定的互联网连接。不过，由于太赫兹通信技术仍处于起步阶段，因此在达到这一点之前，还有更多的基础研究工作要做，还有很多挑战要克服。米特尔曼说：“每个人都会问我们的一个问题是：你能弯曲多少，距离多远？我们已经对这些事情做了粗略的估计，但还没有真正量化，所以我们希望能绘制出地图。”这项工作得到了美国国家科学基金会和空军科学研究办公室的支持。（逸文）