研究人员解决了太赫兹数据网络的“链路发现”问题

当有人打开笔记本电脑时，路由器可以快速定位并将其连接到本地Wi-Fi网络。这种能力是任何无线网络中被称为链路发现的基本要素，现在一组研究人员已经开发出一种利用太赫兹辐射来实现这一功能的方法。太赫兹辐射是一种高频波，有朝一日可能用于超高速无线数据传输。

由于太赫兹波的高频，它能携带的数据是我们今天使用的微波的数百倍。但这种高频率也意味着太赫兹波的传播方式不同于微波。当微波在全向广播中从一个源发出时，太赫兹波在窄束中传播。

布朗大学工程学院教授丹尼尔·米特曼(Daniel Mittleman)说:“当你谈论一个正在发送光束的网络时，它提出了一大堆关于如何真正构建这个网络的问题。”“其中一个问题是，接入点(你可以把它想象成路由器)如何找出客户端设备的位置，以便将光束对准它们。这就是我们在这里思考的问题。”

在《自然通讯》上发表的一篇论文中，来自布朗和莱斯大学的研究人员展示了一种被称为“漏波导”的设备，它可以用于太赫兹频率的链路发现。这种方法使链接发现可以被动地、一次性地完成。

漏波导的概念很简单。它只是两个金属板，中间有一个空间，辐射可以在那里传播。其中一个盘子上有一条狭缝，这使得少量的辐射泄漏出来。这项新研究表明，该设备可以利用其基本特性之一进行链路发现和跟踪:不同的频率以不同的角度从狭缝中漏出。

“我们在一个脉冲中输入大量太赫兹频率到这个波导中，每一个都以不同的角度同时漏出，”莱斯大学的研究生、这项研究的合著者Yasaman Ghasempour说。“你可以把它想象成一道彩虹，每一种颜色都代表一个独特的光谱特征，对应一个角度。”

现在想象一个漏波导放在一个接入点。根据客户端设备相对于接入点的位置，它将看到从波导中发出的不同颜色。客户端只是向访问点发送一个信号，说“我看到了黄色”，现在访问点知道客户端的确切位置，并可以继续跟踪它。

Yasaman说:“这不仅仅是一次发现这种联系。“事实上，随着客户的移动，传输方向需要不断调整。我们的技术允许超高速适应，这是实现无缝连接的关键。”

该装置还在客户端使用了一个漏电波导。在这一方面，通过波导中的狭缝接收到的频率范围可以用来确定路由器相对于设备的本地旋转的位置——就像某人在使用笔记本电脑时旋转他们的椅子一样。

Mittleman说，找到一种新颖的方式使链路发现在太赫兹领域工作是很重要的，因为现有的微波链路发现协议对太赫兹信号根本不起作用。即使是为蓬勃发展的5G网络开发的协议，比标准微波的方向性强得多，也不适用于太赫兹。这是因为，尽管5G波束很窄，但它们的宽度仍然是太赫兹网络中波束宽度的10倍左右。

Mittleman说:“我认为一些人认为，因为5G是有方向性的，所以这个问题已经解决了，但是5G解决方案是不可扩展的。”“我们需要一个全新的想法。这是你需要开始建立太赫兹网络的基本协议之一。”

论文的其他合著者还有来自布朗大学的拉比·什雷斯塔和亚伦·查罗斯，以及来自莱斯大学的爱德华·奈特利。这项工作得到了思科、英特尔和美国国家科学基金会的支持。