携帯電話ネットワークと Wi-Fi システムはかつてないほど進歩していますが、帯域幅の限界に急速に達しつつあります。科学者たちは、近い将来、現在のシステムが依存している通信周波数よりもはるかに高い通信周波数に移行する必要があることを知っていますが、その前に、文字通り文字通りの障害が数多く立ちはだかっています。

ブラウン大学とライス大学の研究者らは、壁、家具、さらには人間などの堅固な障害物を回避することに一歩前進し、光を曲げることでそれを達成したと述べています。

で新しい研究に掲載されました通信工学、研究者らは、世界で発生している最大の渋滞の 1 つへの対処にどのように貢献しているかを説明しています。無線通信。

現在のシステムはデータの伝送にマイクロ波放射に依存していますが、将来のデータ伝送標準には、マイクロ波の100倍ものデータ伝送能力を持つテラヘルツ波が利用されることが明らかになりました。長年の問題の 1 つは、マイクロ波とは異なり、テラヘルツ信号はほとんどの固体物体によってブロックされる可能性があり、送信機と受信機の間に直接見通し線が必要になるということです。

「ほとんどの人はおそらく、室内を無線信号で満たすWi-Fi基地局を使用しているでしょう」とブラウン工学部教授で研究論文の主著者であるダニエル・ミトルマン氏は言う。

「それらがどこに移動しても、リンクは維持されます。ここで話しているより高い周波数では、それはもうできません。その代わりに、それは指向性ビームになります。あなたが動き回ると、リンクを維持するにはビームがあなたを追いかける必要があり、あなたがビームの外に移動したり、何かがそのリンクをブロックしたりすると、信号を受信できなくなります。」

研究者らは、障害物によってブロックされるのではなく、障害物の周りで曲がった軌道をたどるテラヘルツ信号を作成することでこれを回避しました。研究者らによれば、この研究で明らかにされた新しい方法は無線通信に革命をもたらし、テラヘルツ周波数で動作する無線データネットワークの将来の実現可能性を浮き彫りにする可能性があるという。

「1秒あたりのデータ量がもっと欲しい」とミトルマン氏は語った。「それを実現したい場合は、より多くの帯域幅が必要ですが、従来の周波数帯域を使用した場合、その帯域幅は存在しません。」

この研究で、Mittleman と彼の同僚は、自己加速ビームの概念を導入しました。ビームは、空間を移動するときに自然に片側に曲がったり湾曲したりする特殊な構成の電磁波です。ビームは光周波数で研究されてきましたが、現在はテラヘルツ通信について研究されています。

研究者らはこのアイデアを出発点として使用しました。彼らは、システムが生成される電磁波の強さ、強さ、タイミングを操作できるように、慎重に設計されたパターンで送信機を設計しました。この光を操作する能力を利用して、研究者らは、固体物体がビームの一部を遮った場合でも、波をより効果的に連携させて信号を維持できるようにしました。

本質的には、光線研究者が送信機に組み込んだパターンに沿ってデータをシャッフルすることで、障害に適応します。1 つのパターンがブロックされると、データは次のパターンに転送され、それがブロックされている場合はさらに次のパターンに転送されます。これにより、信号リンクが完全に維持されます。このレベルの制御がないと、ビームがブロックされるとシステムは調整できないため、信号が届きません。

これにより、送信機が完全にブロックされない限り、信号が物体の周りで効果的に曲がります。完全にブロックされている場合は、受信機にデータを送信する別の方法が必要になります。

「ビームを曲げることは、考えられるすべての閉塞問題を解決するわけではありませんが、それはそれらの一部を解決するだけであり、他の人が試みたものよりも優れた方法でそれらを解決します」とポスドク研究員として研究を主導したヒケム・ゲルブーカ氏は述べたブラウン大学で博士号を取得し、現在はミズーリ大学カンザスシティ校の助教授を務めています。

研究者らは、障害物を回避して通信リンクを高い信頼性と完全性で維持する広範なシミュレーションと実験を通じて、その発見を検証しました。この作品は、以前の研究チームによると、テラヘルツデータリンクは、あまり多くのデータをドロップせずに部屋の壁に反射できることが示されました。

研究者らは、これらの湾曲したビームを使用することで、混雑した環境や障害物のある環境でも、いつの日か無線ネットワークの信頼性を高めたいと考えています。これにより、オフィスや都市など障害物が多い場所でも、より高速で安定したインターネット接続が可能になる可能性があります。ただし、テラヘルツ通信技術はまだ初期段階にあるため、その点に到達する前に、さらに多くの基礎研究を行う必要があり、克服すべき課題も数多くあります。

「誰もが私たちに尋ねる重要な質問の1つは、どれくらいカーブしてどれくらい遠くまでカーブできるかということです」とミトルマン氏は語った。「私たちはこれらについて大まかな見積もりを行ってきましたが、まだ実際に定量化したわけではないので、計画を立てたいと考えています。」

詳細情報:Hichem Guerboukha et al、障害物の周囲での THz 無線データ リンクの湾曲、通信工学（2024年）。DOI: 10.1038/s44172-024-00206-3