Вчені можуть створити швидкий 6G, використовуючи викривлені світлові промені

Майбутнє стільникової передачі даних може полягати в «викривленні» світлових променів у повітрі для забезпечення бездротових мереж 6G із неймовірно високою швидкістю — уникаючи необхідності прямої видимості між передавачем і приймачем.  У новому дослідженні, опублікованому 30 березня в журналі Nature’s Communications Engineering, дослідники пояснили, як вони розробили передавач, який може динамічно регулювати хвилі, необхідні для підтримки майбутніх сигналів 6G. 

Найдосконалішим стандартом стільникового зв’язку є 5G. Очікується, що 6G буде в тисячі разів швидшим, і він почне розгортатися у 2030 році, згідно з даними торгової організації GSMA. На відміну від 5G, який здебільшого працює в діапазонах нижче 6 гігагерц (ГГц) в електромагнітному спектрі , очікується, що 6G працюватиме в субтерагерцах (ТГц) між 100 ГГц і 300 ГГц, а ТГц діапазони — трохи нижче інфрачервоного. Чим ближче це випромінювання до видимого світла, тим сильніше сигнали блокуються фізичними об’єктами. Основна проблема високочастотного 5G і майбутнього 6G полягає в тому, що сигнали потребують прямої видимості між передавачем і приймачем. 

Але в експериментах вчені показали, що ви можете ефективно «викривляти» високочастотні сигнали навколо перешкод, таких як будівлі.

«Це перший у світі вигнутий канал передачі даних, важлива віха в реалізації бачення 6G високої швидкості передачі даних і високої надійності», — сказав Едвард Найтлі, співавтор дослідження та професор електротехніки та комп’ютерної інженерії в Університеті Райса.

Фотони або частинки світла, що утворюють ТГц випромінювання в цій області електромагнітного спектра, зазвичай рухаються по прямих лініях, якщо простір і час не спотворені масивними гравітаційними силами — тими, які діють чорні діри. Але дослідники виявили, що самоприскорювані пучки світла — вперше продемонстровані в дослідженні 2007 року — утворюють особливі конфігурації електромагнітних хвиль, які можуть згинатися або викривлятися в одну сторону під час руху в просторі. 

Розробивши передавачі з шаблонами, які маніпулюють силою, інтенсивністю та часом сигналів, що несуть дані, дослідники створили хвилі, які працювали разом, щоб створити сигнал, який залишався незмінним, навіть якщо його шлях до приймача був частково заблокований. Вони виявили, що можна сформувати світловий промінь, який підлаштовується під будь-які об’єкти на своєму шляху, перемішуючи дані за незаблокованим шаблоном. Таким чином, поки фотони все ще рухаються по прямій лінії, ТГц сигнал фактично огинається навколо об’єкта.

Наближаючись до майбутнього 6G

Хоча викривлення світла без потужності чорної діри не є новим дослідженням, важливо в цьому дослідженні те, що воно може зробити мережі 6G практичною реальністю. 

5G міліметрових хвиль (mmWave) наразі пропонує найшвидшу пропускну здатність мережі, займаючи вищі радіочастоти 5G від 24 ГГц до 100 ГГц електромагнітного спектра, щоб забезпечити теоретичну максимальну швидкість завантаження від 10 до 50 гігабіт (мільярдів біт) на секунду. ТГц промені знаходяться вище mmWave на частоті від 100 ГГц до 10 000 ГГц (10 ТГц), що необхідно для забезпечення швидкості передачі даних в один терабіт на секунду, що майже в 5000 разів перевищує середню швидкість 5G у США. 

«Ми хочемо більше даних за секунду», — сказав Деніел Міттлмен, професор Інженерної школи Брауна . «Якщо ви хочете зробити це, вам потрібна більша пропускна здатність, а цієї пропускної здатності просто не існує, якщо використовувати звичайні діапазони частот».

Але через високі частоти, на яких вони працюють, сигнали 5G mmWave і майбутні 6G потребують прямої видимості між передавачем і приймачем. Але завдяки практичній доставці сигналу по викривленій траєкторії майбутнім мережам 6G не знадобляться будівлі, накриті приймачами та передавачами.

Однак приймач має бути в межах ближнього поля передавача, щоб викривлення сигналу працювало. При використанні високочастотних променів ТГц це означає приблизно 33 фути (10 метрів) один від одного, що не підходить для загальноміського 6G, але може бути практичним для мереж Wi-Fi наступного покоління.

«Одне з ключових питань, яке нам задають усі, це те, наскільки ви можете вигнути і як далеко», — сказав Міттлмен. «Ми зробили приблизну оцінку цих речей, але ми ще не визначили їх кількісно, ​​тож сподіваємося це намітити».

Хоча викривлення ТГц сигналів багатообіцяюче для майбутніх мереж 6G, використання ТГц спектру все ще знаходиться в зародковому стані. Завдяки цьому дослідженню вчені заявили, що ми стали на крок ближче до реалізації стільникових бездротових мереж з неперевершеною швидкістю.