Um avanço na comunicação sem fio mostra o potencial das ondas terahertz contornarem obstáculos, melhorando a conectividade e abrindo caminho para tecnologias de rede avançadas. Crédito: SciTechDaily.com
Numa descoberta que poderá ajudar a revolucionar a comunicação sem fios, os investigadores revelaram um novo método para manipular ondas terahertz, permitindo-lhes contornar obstáculos em vez de serem bloqueadas por eles.
Embora as redes celulares e os sistemas Wi-Fi estejam mais avançados do que nunca, eles também estão atingindo rapidamente seus limites de largura de banda. Os cientistas sabem que, num futuro próximo, precisarão fazer a transição para frequências de comunicação muito mais altas do que as utilizadas pelos sistemas atuais, mas antes que isso aconteça, há uma série de obstáculos – bastante literais – no caminho.
Pesquisadores da Brown University e da Rice University dizem que avançaram um passo mais perto de contornar esses obstáculos sólidos, como paredes, móveis e até pessoas – e fazem isso curvando a luz.
Avanços na comunicação Terahertz
Em um novo estudo publicado em Engenharia de Comunicações, os pesquisadores descrevem como estão ajudando a resolver um dos maiores impasses emergentes na comunicação sem fio. Os sistemas atuais dependem da radiação de microondas para transportar dados, mas tornou-se claro que o futuro padrão para transmissão de dados utilizará ondas terahertz, que têm até 100 vezes a capacidade de transporte de dados das microondas. Um problema antigo é que, ao contrário das microondas, os sinais terahertz podem ser bloqueados pela maioria dos objetos sólidos, tornando uma linha de visão direta entre o transmissor e o receptor um requisito logístico.
Um estudo que poderia ajudar a revolucionar a comunicação sem fio apresenta um novo método para curvar sinais terahertz em torno de um obstáculo. Crédito: Ilustração fornecida pelo Mittleman Group, editada
“A maioria das pessoas provavelmente usa uma estação base Wi-Fi que preenche a sala com sinais sem fio”, disse Daniel Mittleman, professor da Escola de Engenharia de Brown e autor sênior do estudo. “Não importa para onde eles se mudem, eles mantêm o vínculo. Nas frequências mais altas das quais estamos falando aqui, você não conseguirá mais fazer isso. Em vez disso, será um feixe direcional. Se você se mover, esse feixe terá que segui-lo para manter o link, e se você se mover para fora do feixe ou algo bloquear esse link, você não receberá nenhum sinal.”
Os pesquisadores contornaram isso criando um sinal terahertz que segue uma trajetória curva em torno de um obstáculo, em vez de ser bloqueado por ele.
“Este é o primeiro link de dados curvo do mundo, um marco crítico na concretização da visão 6G de alta taxa de dados e alta confiabilidade”, disse Edward Knightly, coautor do estudo e professor de engenharia elétrica e de computação na Rice University.
O novo método revelado no estudo pode ajudar a revolucionar a comunicação sem fio e destaca a viabilidade futura de redes de dados sem fio que funcionam em frequências terahertz, segundo os pesquisadores.
“Queremos mais dados por segundo”, disse Mittleman. “Se você quiser fazer isso, precisará de mais largura de banda, e essa largura de banda simplesmente não existe usando bandas de frequência convencionais.”
Novas técnicas para transmissão de sinal
No estudo, Mittleman e seus colegas introduzem o conceito de feixes autoacelerados. Os feixes são configurações especiais de ondas eletromagnéticas que naturalmente se curvam ou se curvam para um lado à medida que se movem pelo espaço. Os feixes foram estudados em frequências ópticas, mas agora são explorados para comunicação em terahertz.
Os pesquisadores usaram essa ideia como ponto de partida. Eles projetaram transmissores com padrões cuidadosamente projetados para que o sistema pudesse manipular a força, a intensidade e o tempo das ondas eletromagnéticas produzidas. Com essa capacidade de manipular a luz, os pesquisadores fazem com que as ondas trabalhem juntas de forma mais eficaz para manter o sinal quando um objeto sólido bloqueia uma parte do feixe. Essencialmente, o feixe de luz se ajusta ao bloqueio, embaralhando os dados ao longo dos padrões que os pesquisadores projetaram no transmissor. Quando um padrão é bloqueado, os dados são transferidos para o próximo e, em seguida, para o próximo, se este estiver bloqueado. Isso mantém o link de sinal totalmente intacto. Sem esse nível de controle, quando o feixe é bloqueado, o sistema não consegue fazer nenhum ajuste, portanto nenhum sinal passa.
Isso efetivamente faz com que o sinal contorne os objetos, desde que o transmissor não esteja completamente bloqueado. Se estiver completamente bloqueado, será necessária outra forma de levar os dados ao receptor.
“Curvar uma viga não resolve todos os possíveis problemas de bloqueio, mas o que faz é resolver alguns deles e os resolve de uma forma melhor do que outros tentaram”, disse Hichem Guerboukha, que liderou o estudo como pesquisador de pós-doutorado. na Brown e agora é professor assistente na Universidade de Missouri – Kansas City.
Os pesquisadores validaram suas descobertas por meio de extensas simulações e experimentos navegando em torno de obstáculos para manter links de comunicação com alta confiabilidade e integridade. O trabalho se baseia em um estudo prévio da equipe que mostrou que links de dados terahertz podem ser refletidos nas paredes de uma sala sem perder muitos dados.
Aplicações práticas e pesquisas contínuas
Ao utilizar estes feixes curvos, os investigadores esperam um dia tornar as redes sem fios mais fiáveis, mesmo em ambientes lotados ou obstruídos. Isto poderia levar a conexões de Internet mais rápidas e estáveis em locais como escritórios ou cidades onde os obstáculos são comuns. Antes de chegar a esse ponto, porém, há muito mais pesquisas básicas a serem feitas e muitos desafios a serem superados, já que a tecnologia de comunicação terahertz ainda está em sua infância.
“Uma das principais perguntas que todos nos fazem é quanto você pode curvar e a que distância”, disse Mittleman. “Fizemos estimativas aproximadas dessas coisas, mas ainda não as quantificamos, por isso esperamos mapeá-las.”
Referência: “Curvando links de dados sem fio THz em torno de obstáculos” por Hichem Guerboukha, Bin Zhao, Zhaoji Fang, Edward Knightly e Daniel M. Mittleman, 30 de março de 2024, Engenharia de Comunicações.
DOI: 10.1038/s44172-024-00206-3
O trabalho foi apoiado pela National Science Foundation e pelo Escritório de Pesquisa Científica da Força Aérea.
