Το μέλλον της ασύρματης μεταφοράς δεδομένων θα μπορούσε να βρίσκεται στην “καμπύλωση” ακτίνων φωτός στον αέρα για την παροχή ασύρματων δικτύων 6G με εξαιρετικά υψηλές ταχύτητες, παρακάμπτοντας την ανάγκη οπτικής επαφής μεταξύ πομπού και δεκτών.
Σε μια νέα μελέτη που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Nature’s Communications Engineering, οι ερευνητές εξήγησαν πώς ανέπτυξαν έναν πομπό που μπορεί να προσαρμόζει δυναμικά τα κύματα που απαιτούνται για την υποστήριξη μελλοντικών σημάτων 6G.
Το πιο προηγμένο πρότυπο mobile επικοινωνίας είναι το 5G. Το 6G, που αναμένεται ότι θα είναι χιλιάδες φορές ταχύτερο, θα αρχίσει να αναπτύσσεται το 2030, σύμφωνα με τον εμπορικό οργανισμό GSMA. Σε αντίθεση με το 5G, το οποίο λειτουργεί κυρίως σε ζώνες κάτω των 6 gigahertz (GHz) του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος, το 6G αναμένεται να λειτουργεί σε ζώνες sub-terahertz (THz) μεταξύ 100 GHz και 300 GHz, καθώς και σε ζώνες THz, ακριβώς κάτω από τις υπέρυθρες. Όσο πιο κοντά βρίσκεται αυτή η ακτινοβολία στο ορατό φως, τόσο πιο επιρρεπή είναι τα σήματα να εμποδίζονται από φυσικά αντικείμενα. Μια σημαντική πρόκληση για το 5G υψηλής συχνότητας και το μελλοντικό 6G είναι ότι τα σήματα χρειάζονται άμεση οπτική επαφή μεταξύ πομπού και δέκτη.
Ωστόσο, στα πειράματα, οι ερευνητές έδειξαν ότι μπορούν να “καμπυλώσουν” αποτελεσματικά τα σήματα υψηλής συχνότητας γύρω από εμπόδια όπως τα κτίρια.
“Αυτή είναι η πρώτη καμπυλωτή ζεύξη δεδομένων στον κόσμο, ένα κρίσιμο ορόσημο για την υλοποίηση των δικτύων 6G, του οράματος για υψηλό ρυθμό μετάδοσης δεδομένων και υψηλή αξιοπιστία“, δήλωσε σε ανακοίνωσή του ο Edward Knightly, συν-συγγραφέας της μελέτης και καθηγητής Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών στο Πανεπιστήμιο Rice.
Τα φωτόνια, ή σωματίδια φωτός, που συγκροτούν την ακτινοβολία THz σε αυτή την περιοχή του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος ταξιδεύουν γενικά σε ευθείες γραμμές, εκτός εάν ο χώρος και ο χρόνος στρεβλώνονται από τεράστιες βαρυτικές δυνάμεις, το είδος που ασκούν οι μαύρες τρύπες. Όμως οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι οι αυτοεπιταχυνόμενες ακτίνες φωτός – που παρουσιάστηκαν για πρώτη φορά σε έρευνα του 2007 – σχηματίζουν ειδικές διαμορφώσεις ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων που μπορούν να λυγίσουν ή να καμπυλώσουν προς τη μία πλευρά καθώς κινούνται στο χώρο.
Σχεδιάζοντας πομπούς με μοτίβα που χειρίζονται την ισχύ, την ένταση και τον χρονισμό των σημάτων που μεταφέρουν δεδομένα, οι ερευνητές δημιούργησαν κύματα που συνεργάζονταν για να δημιουργήσουν ένα σήμα που εξακολουθούσε να παραμένει άθικτο ακόμη και αν η διαδρομή του προς έναν δέκτη ήταν μερικώς αποκλεισμένη. Διαπίστωσαν ότι μπορεί να σχηματιστεί μια δέσμη φωτός που προσαρμόζεται σε οποιαδήποτε αντικείμενα στο δρόμο της, ανακατεύοντας τα δεδομένα σε ένα μη μπλοκαρισμένο μοτίβο. Έτσι, ενώ τα φωτόνια εξακολουθούν να ταξιδεύουν σε ευθεία γραμμή, το σήμα THz ουσιαστικά κάμπτεται γύρω από ένα αντικείμενο.
Αν και η κάμψη του φωτός χωρίς την ισχύ μιας μαύρης τρύπας δεν είναι κάτι καινούργιο, το σημαντικό σε αυτή τη μελέτη είναι ότι θα μπορούσε να κάνει τα δίκτυα 6G μια πρακτική πραγματικότητα.
Το χιλιοστομετρικό κύμα 5G (mmWave) προσφέρει σήμερα το ταχύτερο εύρος ζώνης δικτύου καταλαμβάνοντας τις υψηλότερες ραδιοσυχνότητες 5G μεταξύ 24GHz και 100GHz του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος για να παρέχει θεωρητικά μέγιστες ταχύτητες λήψης 10 έως 50 gigabits ανά δευτερόλεπτο. Οι ακτίνες THz βρίσκονται πάνω από το mmWave σε μια συχνότητα μεταξύ 100 GHz και 10.000 GHz (10 THz), η οποία απαιτείται για να παρασχεθούν ταχύτητες μεταφοράς δεδομένων ενός terabit ανά δευτερόλεπτο – σχεδόν 5.000 φορές ταχύτερες από τις μέσες ταχύτητες 5G.
“Θέλουμε περισσότερα δεδομένα ανά δευτερόλεπτο“, δήλωσε ο Daniel Mittleman, καθηγητής στη Σχολή Μηχανικών του Brown. “Αν θέλετε να το κάνετε αυτό, χρειάζεστε μεγαλύτερο εύρος ζώνης και αυτό το εύρος ζώνης απλά δεν υπάρχει χρησιμοποιώντας τις συμβατικές ζώνες συχνοτήτων“.
Εξαιτίας όμως των υψηλών συχνοτήτων στις οποίες λειτουργούν, τόσο τα σήματα 5G mmWave όσο και τα μελλοντικά σήματα 6G χρειάζονται άμεση οπτική επαφή μεταξύ πομπού και δέκτη. Με το να παραδίδουν όμως πρακτικά ένα σήμα σε καμπύλη τροχιά, τα μελλοντικά δίκτυα 6G δεν θα χρειάζονται κτίρια καλυμμένα με δέκτες και πομπούς.
Εντούτοις, ένας δέκτης πρέπει να βρίσκεται εντός της κοντινής εμβέλειας πεδίου του πομπού για να λειτουργήσει η κάμψη του σήματος. Όταν χρησιμοποιούνται ακτίνες THz υψηλής συχνότητας, αυτό σημαίνει ότι απέχουν μεταξύ τους περίπου 10 μέτρα, κάτι που δεν είναι καλό για ένα δίκτυο 6G σε ολόκληρη την πόλη, αλλά θα μπορούσε να είναι πρακτικό για δίκτυα Wi-Fi επόμενης γενιάς.
“Ένα από τα βασικά ερωτήματα που μας θέτουν όλοι είναι πόσο μπορείτε να καμπυλώσετε και πόσο μακριά“, δήλωσε ο Mittleman. “Έχουμε κάνει πρόχειρες εκτιμήσεις για αυτά τα πράγματα, αλλά δεν τα έχουμε ποσοτικοποιήσει ακόμα, οπότε ελπίζουμε να τα χαρτογραφήσουμε“.
Ενώ η καμπύλωση των σημάτων THz υπόσχεται πολλά για τα μελλοντικά δίκτυα 6G, η χρήση του φάσματος THz βρίσκεται ακόμη σε νηπιακό στάδιο. Με αυτή τη μελέτη, οι επιστήμονες δήλωσαν ότι έχουμε φτάσει ένα βήμα πιο κοντά στην υλοποίηση ασύρματων δικτύων κινητής τηλεφωνίας με ασύγκριτες ταχύτητες.
[via]
