Drahtlose Signale der nächsten Generation werden nicht mehr wie bisher wahllos von einer Basisstation ausgehen, sondern wahrscheinlich die Form gezielter Richtstrahlen annehmen. Allerdings könnte jede physische Störung – zum Beispiel ein in der Nähe vorbeikommendes Objekt oder eine Person – das Signal unterbrechen und so ein buchstäbliches Hindernis für die Implementierung ultraschneller drahtloser Millimeterwellen- und Sub-Terahertz-Netzwerke darstellen.
Forscher der Rice University und der Brown University haben jedoch gezeigt, dass datengeladene gebogene Strahlen eine Verbindung zwischen Basisstationen und Benutzern herstellen und dazwischenliegende Hindernisse effektiv umgehen können.
In einem Studie veröffentlicht In Nachrichtentechnikdemonstrierten die Forscher einen Sub-Terahertz-Strahl, der einer gekrümmten Flugbahn folgt – eine Errungenschaft, die die drahtlose Kommunikation revolutionieren könnte, indem sie die Zukunft drahtloser Datennetze, die auf Sub-Terahertz-Frequenzen laufen, realistischer macht.
„Dies ist die weltweit erste gekrümmte drahtlose Datenverbindung, ein entscheidender Meilenstein bei der Verwirklichung der 6G-Vision hoher Datenrate und hoher Zuverlässigkeit“, sagte Edward Knightly, Sheafor-Lindsay-Professor für Elektrotechnik und Informationstechnik und Professor für Informatik an der Rice University.
„Während sich das heutige WLAN mit niedrigerer Frequenz scheinbar wie eine Radiosendung in alle Richtungen ausbreitet, müssen die Strahlen in Zukunft für schnellere Datenraten bei höheren Frequenzen gerichtet sein, um sich auszubreiten.“
Mobilfunknetze und Wi-Fi-Systeme sind heute für die Datenübertragung auf niederfrequente Gigahertz-Strahlung angewiesen, doch künftige Technologien werden auf Sub-Terahertz-Wellen angewiesen sein, die eine bis zu 100-fache Datenübertragungskapazität haben.
„Wir wollen mehr Daten pro Sekunde“, sagte Daniel Mittleman, Professor an der Brown’s School of Engineering und leitender Autor der Studie. „Wenn Sie das tun möchten, benötigen Sie mehr Bandbreite, und diese Bandbreite ist bei herkömmlichen Frequenzbändern einfach nicht vorhanden.“
Als Ausgangspunkt für ihre Arbeit untersuchten die Forscher selbstbeschleunigende Strahlen – speziell konfigurierte elektromagnetische Wellen, die sich krümmen, während sie sich durch den Raum bewegen. Durch die Entwicklung von Sendern, die die Stärke und Frequenz der ausgesendeten Wellen koordiniert steuern, konnten die Forscher sicherstellen, dass die Daten entlang einer gekrümmten parabolischen Flugbahn übertragen werden.
„Das Biegen eines Strahls löst nicht alle möglichen Blockierungsprobleme, aber es löst einige davon und zwar auf eine Art und Weise, die besser ist als das, was andere versucht haben“, sagte Hichem Guerboukha, der die Studie als Postdoktorand leitete bei Brown und ist jetzt Assistenzprofessor an der University of Missouri-Kansas City.
Die Forscher validierten ihre Ergebnisse durch umfangreiche Simulationen und Experimente, bei denen sie Hindernisse umgingen, um Kommunikationsverbindungen mit hoher Zuverlässigkeit und Integrität aufrechtzuerhalten.
Durch den Einsatz dieser gebogenen Strahlen hoffen die Forscher, neue Anwendungen wie mobile immersive Augmented Reality zu ermöglichen. Solche Anwendungen erfordern eine hohe Datenrate, die trotz der Mobilität des Benutzers und Hindernissen in der Nähe aufrechterhalten werden muss.
Mehr Informationen:
Hichem Guerboukha et al., Kurven von drahtlosen THz-Datenverbindungen um Hindernisse herum, Nachrichtentechnik (2024). DOI: 10.1038/s44172-024-00206-3