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研究人员进行太赫兹数据弯曲链接
发布时间:2018-04-12 09:19:12 阅读:315

来源:phys.org;中国太赫兹研发网 余郑璟博士 编译

新的研究表明,完全可能实现非直线式视线太赫兹数据链接,因为太赫兹光波可以在墙面的反射过程中不会丢失太多数据。图片来源:Mittleman实验室/美国布朗大学

    美国布朗大学研究人员开展了一项新的研究,他们展示了太赫兹频率数据链接在室内墙面可以形成反射,并且在这一过程中不会丢失太多数据。这一结果对于构建未来太赫兹无线数据网络是一个利好的消息。相较于现在的网络,太赫兹无线数据网络具有传送更多信息数据的潜在能力。

    今天的蜂窝网络和Wi-Fi系统都是依靠微波辐射来传输数据,但是对于带宽越来越高的要求很快就会超出微波可以处理的范围。因此研究人员开始构想利用更高频率的太赫兹光波进行数据传输,它的运载能力可以是微波的100倍。但是太赫兹通讯技术目前还处于起步阶段。大量的基础性研究还有待完善,更多的挑战还需要去应对。

    例如,曾经大家都公认的太赫兹链接必须是发送器与接受器之间的直接视觉连接。与微波不同的是,太赫兹光波会被物体所阻挡,因此,大多数人都认为太赫兹光波不会形成放射——比如,在一面墙或两面墙之间——围绕物体找到反射通道。

    “我认为大部分太赫兹领域的研究人员都会告诉你,如果太赫兹光波形成反射一定会损失太多能量,因此无法形成非直线式视觉链接,这也的确无可厚非,” 布朗大学工程学院Daniel Mittleman教授表示,他同时也是在最近一期APL Photonics杂志上发表其最新研究的资深作者,“我们的工作就是证明其实在有些情况下信息的损耗可以忍受——比大部分人所想像的要小得多。”

    在这项研究中,Daniel Mittleman教授与同事们针对不同的介质对太赫兹光波的反射进行了研究——镜子、金属门、煤灰墙以及其他物质,并计算出反射后数据的比特误码率。他们显示,通过适当调整信号功率能够实现可以接受的比特误码率。

    “我们关注的是形成反射,而不是丢失信息,自然我们需要比实现信息发射更大的功率,” Mittleman教授解释到,“我们展示给您的是我们不需要太多功率升高,因为反射中信息的损失没有我们想像的那么大。”

    在一项实验中,研究人员完成了太赫兹光波在两面墙上的反射,成功的实现了发射器与接受器非直线式链接。这项发现为实现太赫兹局域网络提供了支撑。

为了更好的了解未来太赫兹数据网络的基本构架,布朗大学研究人员针对室内与室外太赫兹光波如何在不同物体上的传输与反射进行了研究。图片来源:Mittleman实验室/美国布朗大学

    “你可以想像一个无线网络,”Mittleman教授解释到,“有一个人的电脑连接到太赫兹路由器,两者之间是直接视线链接,但是有人突然从中间走过,阻断了光线。如果你找不到另外的路径,链接就会关闭。我们现在研究的就是如果出现阻隔,也会重新寻找路径,比如经由墙面反射,保持链接的持续性。现今的科技已经可以解决低频光波的路径搜索,在太赫兹频段没有理由不可以解决。”

    研究人员同时还尝试了几次太赫兹无线室外链接的实验。美国联邦通信委员会(FCC)授权批准布朗大学是全美唯一可以进行这一频段室外合法试验的研究机构。Mittleman教授表示,这项研究工作非同小可,因为科学家们才刚刚开始了解在不同物质中太赫兹数据如何链接的细节。

    他们的研究焦点正是单向反射。当信号经长距离传输时,将呈扇形展开,形成一个不断扩大的圆锥体,因此部分光波在到达接受器前就会在地面形成反射。反射光波会对主信号形成干扰,除非有解码器进行信号补偿。在微波传输过程中,这一现象已众所周知。Mittleman教授与同事们也就是想把这一原理运用于太赫兹领域。

    在实验中,研究人员们也证实了在太赫兹频谱内同样存在着类似的干扰,尽管草地上的干扰程度小于混凝土地面,有可能是因为草地含水量高,更容易吸收太赫兹光波。因此在草地上,对于放射光的吸收绿大于混凝土地面,从而减少了反射光波对主信号的干扰。这也意味着草地上的太赫兹链接比在混凝土地面上的链接更持久,因为干扰信号更少,Mittleman教授进一步补充。

    但是混凝土地面形成的干扰也有好的一面。

    “单向反射其实也表示信号可以存在另外的路径,” Mittleman教授继续表示,“你可以设想,如果你的直线路径被阻挡,信号可以经由地面反射继续形成链接。”

    Mittleman教授指出类似这样对于太赫兹数据传输的基础研究至关重要,这与我们未来对太赫兹数据系统网络架构的了解与设计息息相关。

 
 

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