Une percée dans la communication sans fil montre le potentiel des ondes térahertz pour contourner les obstacles, améliorant ainsi la connectivité et ouvrant la voie à des technologies de réseau avancées. Crédit : Issues.fr.com
Dans le cadre d'une percée qui pourrait contribuer à révolutionner la communication sans fil, les chercheurs ont dévoilé une nouvelle méthode de manipulation des ondes térahertz, leur permettant de contourner les obstacles au lieu d'être bloquées par eux.
Même si les réseaux cellulaires et les systèmes Wi-Fi sont plus avancés que jamais, ils atteignent également rapidement leurs limites en matière de bande passante. Les scientifiques savent que dans un avenir proche, ils devront passer à des fréquences de communication beaucoup plus élevées que celles sur lesquelles reposent les systèmes actuels, mais avant que cela ne puisse se produire, un certain nombre d'obstacles – assez littéraux – se dressent sur leur chemin.
Des chercheurs de l'Université Brown et de l'Université Rice affirment qu'ils ont fait un pas de plus pour contourner ces obstacles solides, comme les murs, les meubles et même les personnes, et ils y parviennent en incurvant la lumière.
Avancées dans la communication térahertz
Dans une nouvelle étude publiée dans Ingénierie des communications, les chercheurs décrivent comment ils contribuent à résoudre l'un des plus gros blocages émergents dans le domaine des communications sans fil. Les systèmes actuels s'appuient sur le rayonnement micro-ondes pour transporter les données, mais il est devenu clair que la future norme de transmission de données utilisera des ondes térahertz, qui ont une capacité de transport de données jusqu'à 100 fois supérieure à celle des micro-ondes. Un problème de longue date est que, contrairement aux micro-ondes, les signaux térahertz peuvent être bloqués par la plupart des objets solides, ce qui rend une ligne de vue directe entre l'émetteur et le récepteur une exigence logistique.
Une étude qui pourrait contribuer à révolutionner la communication sans fil introduit une nouvelle méthode pour courber les signaux térahertz autour d’un obstacle. Crédit : Illustration fournie par le Mittleman Group, édité
« La plupart des gens utilisent probablement une station de base Wi-Fi qui remplit la pièce de signaux sans fil », a déclaré Daniel Mittleman, professeur à la Brown's School of Engineering et auteur principal de l'étude. « Peu importe où ils se déplacent, ils maintiennent le lien. Aux fréquences plus élevées dont nous parlons ici, vous ne pourrez plus faire cela. Au lieu de cela, ce sera un faisceau directionnel. Si vous vous déplacez, ce faisceau devra vous suivre afin de maintenir le lien, et si vous vous déplacez en dehors du faisceau ou si quelque chose bloque ce lien, alors vous ne recevrez aucun signal.
Les chercheurs ont contourné ce problème en créant un signal térahertz qui suit une trajectoire courbe autour d'un obstacle, au lieu d'être bloqué par celui-ci.
« Il s'agit de la première liaison de données incurvée au monde, une étape cruciale dans la réalisation de la vision 6G d'un débit de données élevé et d'une fiabilité élevée », a déclaré Edward Knightly, co-auteur de l'étude et professeur de génie électrique et informatique à l'Université Rice.
La nouvelle méthode dévoilée dans l'étude pourrait contribuer à révolutionner la communication sans fil et met en évidence la faisabilité future des réseaux de données sans fil fonctionnant sur des fréquences térahertz, selon les chercheurs.
« Nous voulons plus de données par seconde », a déclaré Mittleman. « Si vous voulez faire cela, vous avez besoin de plus de bande passante, et cette bande passante n'existe tout simplement pas avec les bandes de fréquences conventionnelles. »
Nouvelles techniques de transmission du signal
Dans l'étude, Mittleman et ses collègues introduisent le concept de faisceaux auto-accélérés. Les faisceaux sont des configurations spéciales d’ondes électromagnétiques qui se courbent ou se courbent naturellement d’un côté lorsqu’ils se déplacent dans l’espace. Les faisceaux ont été étudiés aux fréquences optiques mais sont maintenant explorés pour la communication térahertz.
Les chercheurs ont utilisé cette idée comme point de départ. Ils ont conçu des émetteurs avec des modèles soigneusement conçus afin que le système puisse manipuler la force, l'intensité et le timing des ondes électromagnétiques produites. Grâce à cette capacité à manipuler la lumière, les chercheurs font en sorte que les ondes travaillent ensemble plus efficacement pour maintenir le signal lorsqu'un objet solide bloque une partie du faisceau. Essentiellement, le faisceau lumineux s’adapte au blocage en mélangeant les données selon les modèles que les chercheurs ont intégrés à l’émetteur. Lorsqu'un modèle est bloqué, les données sont transférées au suivant, puis au suivant si celui-ci est bloqué. Cela maintient la liaison de signal entièrement intacte. Sans ce niveau de contrôle, lorsque le faisceau est bloqué, le système ne peut effectuer aucun réglage, donc aucun signal ne passe.
Cela fait effectivement plier le signal autour des objets tant que l'émetteur n'est pas complètement bloqué. S'il est complètement bloqué, un autre moyen d'acheminer les données vers le récepteur sera nécessaire.
« Courber un faisceau ne résout pas tous les problèmes de blocage possibles, mais cela résout certains d'entre eux et les résout d'une manière meilleure que ce que d'autres ont essayé », a déclaré Hichem Guerboukha, qui a dirigé l'étude en tant que chercheur postdoctoral. à Brown et est maintenant professeur adjoint à l'Université du Missouri – Kansas City.
Les chercheurs ont validé leurs résultats grâce à des simulations et des expériences approfondies contournant les obstacles pour maintenir des liens de communication avec une fiabilité et une intégrité élevées. Le travail s'appuie sur une étude précédente de l'équipe qui a montré que les liaisons de données térahertz peuvent rebondir sur les murs d'une pièce sans perdre trop de données.
Applications pratiques et recherche en cours
En utilisant ces faisceaux incurvés, les chercheurs espèrent un jour rendre les réseaux sans fil plus fiables, même dans des environnements très fréquentés ou obstrués. Cela pourrait conduire à des connexions Internet plus rapides et plus stables dans des endroits comme les bureaux ou les villes où les obstacles sont fréquents. Cependant, avant d'en arriver là, il reste encore beaucoup de recherches fondamentales à effectuer et de nombreux défis à surmonter, car la technologie de communication térahertz en est encore à ses balbutiements.
« L'une des questions clés que tout le monde nous pose est de savoir jusqu'où peut-on se courber et à quelle distance », a déclaré Mittleman. « Nous avons fait des estimations approximatives de ces choses, mais nous ne les avons pas encore vraiment quantifiées, nous espérons donc les cartographier. »
Le travail a été soutenu par la National Science Foundation et le Bureau de la recherche scientifique de l’Air Force.
