פריצת דרך בתקשורת אלחוטית מראה פוטנציאל לגלי טרה-הרץ להתעקל סביב מכשולים, לשפר את הקישוריות ולסלול את הדרך לטכנולוגיות רשת מתקדמות. קרדיט: twoday.co.il.com
בפריצת דרך שיכולה לעזור לחולל מהפכה בתקשורת האלחוטית, חוקרים חשפו שיטה חדשה למניפולציה של גלי טרה-הרץ, המאפשרת להם להתעקם סביב מכשולים במקום להיחסם על ידם.
בעוד שרשתות סלולריות ומערכות Wi-Fi מתקדמות מאי פעם, הן גם מגיעות במהירות למגבלות רוחב הפס שלהן. מדענים יודעים שבעתיד הקרוב הם יצטרכו לעבור לתדרי תקשורת גבוהים בהרבה ממה שהמערכות הנוכחיות מסתמכות עליו, אבל לפני שזה יכול לקרות יש מספר – פשוטו כמשמעו – מכשולים שעומדים בדרך.
חוקרים מאוניברסיטת בראון ומאוניברסיטת רייס אומרים שהם התקדמו צעד אחד קרוב יותר לעקוף את המכשולים המוצקים האלה, כמו קירות, רהיטים ואפילו אנשים – והם עושים זאת על ידי אור עקום.
התקדמות בתקשורת תרחרץ
במחקר חדש שפורסם ב הנדסת תקשורת, החוקרים מתארים כיצד הם מסייעים לטפל באחת התקלות הגדולות ביותר המתעוררות בתקשורת אלחוטית. המערכות הנוכחיות מסתמכות על קרינת מיקרוגל כדי לשאת נתונים, אבל התברר שהתקן העתידי להעברת נתונים יעשה שימוש בגלי טרה-הרץ, בעלי יכולת נשיאת נתונים פי 100 מגלי מיקרוגל. בעיה אחת ארוכת השנים הייתה שבניגוד למיקרוגלים, אותות טרה-הרץ יכולים להיחסם על ידי רוב העצמים המוצקים, מה שהופך קו ראייה ישיר בין המשדר למקלט לדרישה לוגיסטית.
מחקר שעשוי לעזור לחולל מהפכה בתקשורת האלחוטית מציג שיטה חדשה לעיקול אותות טרה-הרץ סביב מכשול. קרדיט: איור מסופק על ידי קבוצת מיטלמן, בעריכה
"רוב האנשים כנראה משתמשים בתחנת בסיס Wi-Fi שממלאת את החדר באותות אלחוטיים", אמר דניאל מיטלמן, פרופסור בבית הספר להנדסה של בראון ומחבר בכיר של המחקר. "לא משנה לאן הם עוברים, הם שומרים על הקישור. בתדרים הגבוהים עליהם אנחנו מדברים כאן, לא תוכל לעשות זאת יותר. במקום זאת, זו תהיה קרן כיוונית. אם אתה מסתובב, הקורה הזו תצטרך לעקוב אחריך כדי לשמור על הקישור, ואם אתה זז מחוץ לקורה או משהו חוסם את הקישור הזה, אז אתה לא מקבל שום אות".
החוקרים עקפו זאת על ידי יצירת אות טרה-הרץ העוקב אחר מסלול מעוקל סביב מכשול, במקום להיחסם על ידו.
"זהו קישור הנתונים המעוקל הראשון בעולם, אבן דרך קריטית במימוש חזון ה-6G של קצב נתונים גבוה ואמינות גבוהה", אמר אדוארד נייטלי, מחבר שותף במחקר ופרופסור להנדסת חשמל ומחשבים באוניברסיטת רייס.
השיטה החדשה שנחשפה במחקר יכולה לעזור לחולל מהפכה בתקשורת האלחוטית ולהדגיש את ההיתכנות העתידית של רשתות נתונים אלחוטיות הפועלות על תדרי טרה-הרץ, על פי החוקרים.
"אנחנו רוצים יותר נתונים בשנייה", אמר מיטלמן. "אם אתה רוצה לעשות את זה, אתה צריך יותר רוחב פס, ורוחב הפס הזה פשוט לא קיים באמצעות פסי תדרים קונבנציונליים."
טכניקות חדשות להעברת אותות
במחקר, מיטלמן ועמיתיו מציגים את המושג של קורות מאיץ עצמי. הקורות הן תצורות מיוחדות של גלים אלקטרומגנטיים שמתכופפים או מתעקלים באופן טבעי לצד אחד כשהם נעים בחלל. הקורות נחקרו בתדרים אופטיים אך כעת נחקרו לתקשורת טרה-הרץ.
החוקרים השתמשו ברעיון זה כנקודת זינוק. הם הנדסו משדרים עם דפוסים שתוכננו בקפידה, כך שהמערכת תוכל לתפעל את החוזק, העוצמה והתזמון של הגלים האלקטרומגנטיים שנוצרים. עם היכולת הזו לתמרן את האור, החוקרים גורמים לגלים לעבוד יחד בצורה יעילה יותר כדי לשמור על האות כאשר עצם מוצק חוסם חלק מהקרן. בעיקרו של דבר, אלומת האור מתאימה את עצמה לחסימה על ידי ערבוב נתונים לאורך התבניות שהחוקרים הנדסו לתוך המשדר. כאשר דפוס אחד נחסם, הנתונים עוברים לדפוס הבא, ולאחר מכן הבא אם זה חסום. זה שומר על קישור האות ללא פגע. ללא רמת שליטה זו, כאשר האלומה חסומה, המערכת לא יכולה לבצע התאמות כלשהן, ולכן שום אות לא עובר.
זה למעשה גורם לאות להתכופף סביב עצמים כל עוד המשדר אינו חסום לחלוטין. אם הוא חסום לחלוטין, יהיה צורך בדרך אחרת להעביר את הנתונים למקלט.
"עיקול קרן לא פותר את כל בעיות החסימה האפשריות, אבל מה שהוא עושה זה פותר חלק מהן וזה פותר אותן בצורה טובה יותר ממה שאחרים ניסו", אמר היכם גרבוקה, שהוביל את המחקר כחוקר פוסט-דוקטורט. בבראון וכיום הוא עוזר פרופסור באוניברסיטת מיזורי – קנזס סיטי.
החוקרים אימתו את הממצאים שלהם באמצעות סימולציות וניסויים נרחבים בניווט סביב מכשולים כדי לשמור על קשרי תקשורת עם אמינות ושלמות גבוהה. העבודה מתבססת על מחקר קודם מהצוות שהראה שניתן להקפיץ קישורי נתונים של Terahertz מקירות בחדר מבלי להפיל יותר מדי נתונים.
יישומים מעשיים ומחקר מתמשך
על ידי שימוש באלומות המעוקלות הללו, החוקרים מקווים להפוך יום אחד את הרשתות האלחוטיות לאמינות יותר, אפילו בסביבות צפופות או חסומות. זה יכול להוביל לחיבורי אינטרנט מהירים ויציבים יותר במקומות כמו משרדים או ערים שבהן מכשולים נפוצים. עם זאת, לפני שמגיעים לנקודה הזו, יש הרבה יותר מחקר בסיסי שצריך לעשות והרבה אתגרים להתגבר, שכן טכנולוגיית התקשורת של Terahertz עדיין בחיתוליה.
"אחת השאלות המרכזיות שכולם שואלים אותנו היא כמה אתה יכול להתעקם וכמה רחוק," אמר מיטלמן. "עשינו הערכות גסות של הדברים האלה, אבל עדיין לא ממש כימתנו את זה, אז אנחנו מקווים למפות את זה".
העבודה נתמכה על ידי הקרן הלאומית למדע ומשרד חיל האוויר למחקר מדעי.
