Als iemand een laptop opent, een router kan het snel lokaliseren en verbinden met het lokale wifi-netwerk. Dat vermogen is een basiselement van elk draadloos netwerk dat bekend staat als link discovery, en nu heeft een team van onderzoekers een manier ontwikkeld om het te doen met terahertz-straling, de hoogfrequente golven die ooit voor ultrasnelle draadloze gegevensoverdracht zouden kunnen zorgen.

Door hun hoge frequentie terahertz-golven kunnen honderden keren meer gegevens vervoeren dan de microgolven die tegenwoordig worden gebruikt om onze gegevens te vervoeren. Maar die hoge frequentie betekent ook dat terahertz-golven zich anders voortplanten dan microgolven. Terwijl microgolven afkomstig zijn van een bron in een omnidirectionele uitzending, terahertz-golven planten zich voort in smalle bundels.

"Als je het hebt over een netwerk dat stralen uitzendt, het roept een hele reeks vragen op over hoe je dat netwerk eigenlijk opbouwt, " zei Daniël Mittleman, een professor in Brown's School of Engineering. "Een van die vragen is hoe een toegangspunt, die je kunt zien als een router, zoek uit waar client-apparaten zijn om een ​​straal op hen te richten. Daar denken we hier aan."

In een paper gepubliceerd in Natuurcommunicatie , onderzoekers van Brown and Rice University toonden aan dat een apparaat dat bekend staat als een lekkende golfgeleider kan worden gebruikt voor het ontdekken van verbindingen op terahertz-frequenties. De aanpak maakt het mogelijk om passief te linken, en in één keer.

Het concept van een lekkende golfgeleider is eenvoudig. Het zijn gewoon twee metalen platen met een ruimte ertussen waar straling zich kan voortplanten. Een van de platen heeft een smalle spleet erin, waardoor een klein beetje van de straling kan weglekken. Dit nieuwe onderzoek toont aan dat het apparaat kan worden gebruikt voor het ontdekken en volgen van verbindingen door gebruik te maken van een van de onderliggende eigenschappen:dat verschillende frequenties onder verschillende hoeken uit de spleet lekken.

"We voeren een breed scala aan terahertz-frequenties in deze golfgeleider in een enkele puls, en elk lekt tegelijkertijd uit onder een andere hoek, " zei Yasaman Ghasempour, een afgestudeerde student aan Rice en co-auteur van het onderzoek. "Je kunt het zien als een regenboog die uitlekt, waarbij elke kleur een unieke spectrale handtekening vertegenwoordigt die overeenkomt met een hoek."

Stel je nu een lekkende golfgeleider voor die op een toegangspunt is geplaatst. Afhankelijk van waar een clientapparaat zich ten opzichte van het toegangspunt bevindt, er zal een andere kleur uit de golfgeleider komen. De client stuurt gewoon een signaal terug naar het toegangspunt dat zegt:"Ik zag geel, " en nu weet het access point precies waar de client is, en kan het blijven volgen.

"Het gaat er niet alleen om de link een keer te ontdekken, " zei Yasaman. "In feite, de richting van de transmissie moet voortdurend worden aangepast als de cliënt beweegt. Onze techniek zorgt voor ultrasnelle aanpassing, wat de sleutel is tot naadloze connectiviteit."

De opstelling maakt ook gebruik van een lekkende golfgeleider aan de clientzijde. Aan die kant, het frequentiebereik dat wordt ontvangen via de spleet in de golfgeleider kan worden gebruikt om de positie van de router te bepalen ten opzichte van de lokale rotatie van het apparaat, zoals wanneer iemand zijn stoel draait terwijl hij een laptop gebruikt.

Mittleman zegt dat het belangrijk is om een ​​nieuwe manier te vinden om het ontdekken van verbindingen in het terahertz-rijk te laten werken, omdat bestaande protocollen voor het ontdekken van verbindingen in microgolven gewoon niet werken voor terahertz-signalen. Zelfs de protocollen die zijn ontwikkeld voor ontluikende 5G-netwerken, die veel gerichter zijn dan standaard microgolven, zijn niet haalbaar voor terahertz. Dat komt omdat zo smal als 5G-stralen zijn, ze zijn nog steeds ongeveer 10 keer breder dan de balken in een terahertz-netwerk.

"Ik denk dat sommige mensen hebben aangenomen dat, aangezien 5G enigszins directioneel is, dit probleem was opgelost, maar de 5G-oplossing is gewoon niet schaalbaar, ' zei Mittleman. 'Er is een heel nieuw idee nodig. Dit is een van die fundamentele protocollen die je nodig hebt om terahertz-netwerken te bouwen."