研究人员在转弯处获取太赫兹数据链接

普罗维登斯，R.I.(布朗大学)——布朗大学研究人员进行的一项异乎寻常的新研究表明，太赫兹频率的数据链接可以在房间里来回跳动，而不会丢失太多数据。这一结果对于未来太赫兹无线数据网络的可行性来说是个好消息，因为太赫兹无线数据网络承载的数据量可能是现有网络的好几倍。

今天的蜂窝网络和Wi-Fi系统依赖微波辐射来传输数据，但对越来越多带宽的需求正迅速超过微波的处理能力。这使得研究人员考虑用高频太赫兹波传输数据，这种波的数据承载能力是微波的100倍。但是太赫兹通信技术还处于起步阶段。要做的基础研究很多，要克服的挑战也很多。

例如，假设太赫兹链路需要在发射机和接收机之间有一条直接的视线。与微波不同，太赫兹波被大多数固体物体完全阻挡。假设太赫兹光束不可能被弹回来——比如说，从墙上或墙上弹回来——找到一个物体周围的清晰路径。

“我认为这是公平地说,大多数人在太赫兹领域会告诉你,会有太多的功率损耗的反弹,所以视线外链接不会在太赫兹是可行的,”丹尼尔·米特说,布朗大学的工程学院的教授和高级APL光子学上发表的一项新研究的作者。“但我们的研究表明，在某些情况下，这种损失实际上是可以承受的——比许多人想象的要少得多。”

在这项研究中，Mittleman和他的同事们用四种不同频率的太赫兹波从各种各样的物体上反弹——镜子、金属门、煤渣砖墙和其他物体——并测量了反弹后数据的误码率。结果表明，只要适当增加信号功率，就可以实现可接受的误码率。

Mittleman说:“人们担心的是，为了使这些反弹不丢失数据，你需要比实际发电量更多的电力。”“我们的研究表明，你并不像你想象的那样需要那么多能量，因为反弹中的损失并不像你想象的那么大。”

在一项实验中，研究人员将一束光从两面墙上反射回来，当发射器和接收器在没有任何直接视线的情况下处于一个拐角时，就能成功地实现连接。这是一个很有希望的发现，支持太赫兹局域网络的想法。

“你可以想象一个无线网络，”Mittleman解释说，“某人的电脑连接到一个太赫兹路由器，在这两者之间有一条直线，但是有人走到中间，挡住了光束。如果找不到其他路径，该链接将被关闭。我们所展示的是，您仍然可以通过搜索可能涉及到从墙壁上反弹的新路径来维护链接。现在有一些技术可以在较低的频率下进行寻路，没有理由不能开发太赫兹。”

研究人员还对太赫兹无线链路进行了几次户外实验。美国联邦通信委员会(FCC)颁发的实验许可证使布朗大学成为美国唯一一个户外研究可以在这些频率下合法进行的地方。这项工作很重要，因为科学家们刚刚开始了解太赫兹数据链在元素中的具体表现，Mittleman说。

他们的研究集中在所谓的镜面反射上。当信号长距离传输时，波会散开，形成一个不断扩大的圆锥。由于它呈扇形散开，一部分波会在到达接收器之前从地面反弹。反射辐射会干扰主信号，除非解码器对其进行补偿。这是微波传输中一个众所周知的现象。Mittleman和他的同事想要在太赫兹范围内表征它。

他们指出，这种干扰确实发生在太赫兹波中，但与混凝土相比，发生在草地上的干扰程度较低。这可能是因为草含有大量的水，这些水往往会吸收太赫兹波。因此，在草坪上，反射梁比混凝土吸收的程度更大，留下的干扰主梁较少。Mittleman说，这意味着在草地上的太赫兹链接可能比在混凝土上的太赫兹链接要长，因为要处理的干扰更少。

但这种对地面的干涉也有好处。

“镜面反射代表了信号的另一种可能路径，”米特曼说。“你可以想象，如果你的站点行路径被阻塞，你可以考虑让它从地面反弹到那里。”

Mittleman说，这些关于太赫兹数据传输本质的基础研究对于理解如何为未来的太赫兹数据系统设计网络架构至关重要。

Mittleman的合著者是马建军，Rabi Shrestha和Lothar Moeller。这项研究由美国国家科学基金会和凯克基金会资助。