En off-the-wall ny studie av Brown University forskare visar att terahertz frekvens datalänkar kan studsa runt ett rum utan att tappa för mycket data. Resultaten är goda nyheter för genomförbarheten av framtida terahertz trådlösa datanätverk, som har potential att bära många gånger mer data än nuvarande nätverk.

Dagens mobilnät och Wi-Fi-system är beroende av mikrovågsstrålning för att transportera data, men efterfrågan på mer och mer bandbredd blir snabbt mer än vad mikrovågor klarar av. Det har fått forskare att fundera på att överföra data på högrefrekventa terahertzvågor, som har så mycket som 100 gånger så mycket datakapacitet som mikrovågor. Men terahertz kommunikationsteknik är i sin linda. Det finns mycket grundforskning att göra och många utmaningar att övervinna.

Till exempel, det har antagits att terahertz-länkar skulle kräva en direkt siktlinje mellan sändare och mottagare. Till skillnad från mikrovågor, terahertzvågor blockeras helt av de flesta fasta föremål. Och antagandet har varit att det inte är möjligt att studsa en terahertzstråle runt – säg, utanför en vägg eller två – för att hitta en tydlig väg runt ett föremål.

"Jag tycker att det är rättvist att säga att de flesta i terahertzfältet skulle säga till dig att det skulle bli för mycket kraftförlust på de studsarna, och så icke-siktlinje-länkar kommer inte att vara genomförbara i terahertz, sa Daniel Mittleman, en professor vid Brown University's School of Engineering och senior författare till den nya forskningen publicerad i APL fotonik . "Men vårt arbete indikerar att förlusten faktiskt är ganska acceptabel i vissa fall - ganska lite mindre än vad många skulle ha trott."

För studien, Mittleman och hans kollegor studsade terahertzvågor vid fyra olika frekvenser från en mängd olika föremål - speglar, metalldörrar, cinderblock-väggar och andra – och mätte bitfelsfrekvensen för data på vågen efter studsarna. De visade att acceptabla bitfelshastigheter var möjliga med blygsamma ökningar av signaleffekten.

"Bekymmer hade varit att för att göra dessa studsar och inte förlora din data, du skulle behöva mer kraft än vad som var möjligt att generera, " sa Mittleman. "Vi visar att du inte behöver så mycket kraft som du kanske tror eftersom förlusten på studsen inte är så mycket som du skulle tro."

I ett experiment, forskarna studsade en stråle från två väggar, möjliggör en framgångsrik länk när sändare och mottagare var runt ett hörn från varandra, utan någon som helst direkt siktlinje. Det är ett lovande fynd för att stödja idén om terahertz lokala nätverk.

"Du kan föreställa dig ett trådlöst nätverk, Mittleman förklarade, "där någons dator är ansluten till en terahertz-router och det finns en direkt siktlinje mellan de två, men så går någon emellan och blockerar strålen. Om du inte kan hitta en alternativ väg, den länken kommer att stängas av. Det vi visar är att du kanske fortfarande kan behålla länken genom att söka efter en ny väg som kan innebära att du studsar mot en vägg någonstans. Det finns teknologier idag som kan göra den typen av vägsökning för lägre frekvenser och det finns ingen anledning att de inte kan utvecklas för terahertz."

Forskarna utförde också flera utomhusexperiment på terahertz trådlösa länkar. En experimentell licens utfärdad av FCC gör Brown till den enda platsen i landet där utomhusforskning kan göras lagligt vid dessa frekvenser. Arbetet är viktigt eftersom forskare precis har börjat förstå detaljerna om hur terahertz-datalänkar beter sig i elementen, säger Mittleman.

Deras studie fokuserade på vad som kallas spegelreflektion. När en signal sänds över långa avstånd, vågorna fläktar ut och bildar en ständigt bredare kon. Som ett resultat av det fläktade ut, en del kommer vågorna att studsa bort från marken innan de når mottagaren. Den reflekterade strålningen kan störa huvudsignalen om inte en avkodare kompenserar för det. Det är ett välförstått fenomen i mikrovågsöverföring. Mittleman och hans kollegor ville karakterisera den i terahertz-sortimentet.

De visade att den här typen av störningar verkligen förekommer i terahertzvågor, men förekommer i mindre grad över gräs jämfört med betong. Det är troligtvis för att gräs har mycket vatten, som tenderar att absorbera terahertzvågor. Så över gräs, den reflekterade strålen absorberas i högre grad än betong, lämnar mindre av det för att störa helljuset. Det betyder att terahertzlänkar över gräs kan vara längre än de över betong eftersom det finns mindre störningar att hantera, säger Mittleman.

Men det finns också en uppsida med den typen av störning av marken.

"Den speglande reflektionen representerar en annan möjlig väg för din signal, " Sa Mittleman. "Du kan föreställa dig att om din linje-of-site-sökväg är blockerad, du kan tänka på att studsa den från marken för att komma dit."

Mittleman säger att den här typen av grundläggande studier om karaktären av terahertz-dataöverföring är avgörande för att förstå hur man designar nätverksarkitekturen för framtida terahertz-datasystem.