Kun avaa läppärin tai älypuhelimensa wifi-yhteyden lähes missä tahansa, laita löytää heti leegion verkkoja, joihin voi liittyä. Terahertsialueella tämä ei onnistukaan yhtä helposti. Ricen ja Brownin yliopistoissa on nyt kehitetty tekniikka, jolla laitteet löytävät toisensa myös terahertsiaalloilla.
Linkin löytäminen on tietysti kaikkien langattomien verkkojen perustaa. Siinä missä wifi-säteily alemmilla taajuuksilla leviää joka suuntaan – ja on siten helppo löytää – huomattavasti korkeammalla tasolla säteilevät terahertsisäteet kimpoavat ympäriinsä kapeina säteinä.
Brownin yliopiston tietoliikenteen professori Daniel Mittlemanin mukaan terahertsiverkon ongelma kulminoituu kysymykseen, miten reititin löytää päätelaitteet, joihin sen on tarkoitus kohdostaa erittäin nopeaan datansiirtoon kykenevät terahertsilinkit.
Ratkaisun tutkijaryhmä julkisti Nature Communications -lehdessä. Siinä linkkien löytämiseen terahertsitaajuuksilla voidaan käyttää vuotavana aalto-ohjaimena tunnettua laitetta. Ratkaisun avulla terahertsilaitteet löytyvät passiivisesti ja yhdellä ainoalla purskeella.
Vuotavan aaltoohjaimen käsite on yksinkertainen. Laite koostuu kahdesta metallilevystä, joiden välissä on tila, jossa säteily voi levitä. Yhdessä levyssä on kapea rako, joka mahdollistaa säteilyn vuotamisen ulos. Tämä uusi tutkimus osoittaa, että laitetta voidaan käyttää linkin löytämiseen ja seurantaan hyödyntämällä yhtä sen keskeisistä ominaisuuksista: eri taajuudet vuotavat raosta eri kulmissa.
Tekniikka toimii siten, että tähän aaltoputkeen syötetään laaja joukko terahertsitaajuuksia yhdellä pulssilla, ja jokainen vuotaa aukosta samanaikaisesti eri kulmassa. Tavallaan kyse on ”vuotavasta sateenkaaresta”, jossa jokainen väri edustaa ainutlaatuista osaa spektristä, joka vastaa vuotamisen kulmaa.
Jos tällainen ohjain on asennettu reitittimeen, päätelaite ”näkee” vuotavan värin eri tavoin riippuen siitä, missä kulmassa se tulee reitittimeltä. Päätelaite lähettää reitittimeen signaalin, joka kertoo tulokulman, jolloin reititin tietää tarkkaan päätelauitteen sijainnin ja voi tämän jälkeen lukittua laitteeseen.
Amerikkalaistutkijoiden ratkaisussa tämä ”lukittuminen” on itse asiassa jatkuvaa, sillä linkin suuntaa on jatkuvasti muutettava päätelaitteen liikkuessa. Tekniikka kuitenkin toimii erittäin nopeasta ja automaattisesti, joten datalinkki ei katkea.
Daniel Mittlemanin mukaan linkin löytäminen edellyttää uusia ratkaisuja, koska nykyiset mikroaalloilla toimivat protokollat eivät yksinkertaisesti toimi terahertsisignaaleille. Edes 5G-verkkojen lisääntymiseen kehitettyjä protokollia, jotka ovat paljon suuntaavampia kuin tavalliset mikroaallot, ei voida käyttää terahertseinä. Tämä johtuu siitä, että niin kapeat kuin 5G-säteet ovatkin, ne ovat silti noin 10 kertaa leveämpiä kuin terahertsiverkon säteet.
Kuva: Mittleman Lab / Brown University ja Knight Lab / Rice University.
