为无线通信开辟新的频率范围

世界正在耗尽带宽来满足我们日益增长的通信需求。这部分是由于“物联网”技术，使你的烤面包机到你的前门可以在线访问，并推动了数据流量的激增。一个新的频率范围内的太赫兹（THz）区域的频谱可能很快可供使用。本周在AIP出版的APL光子学杂志上发表的一篇论文论证了在不同的情况和环境中使用太赫兹载波进行数据传输的可行性，包括非视距应用，在这些应用中，声波会反弹，或者被墙壁和其他物体反射。

布朗大学的Daniel Mittleman，其集团领导的研究，说，“我们不研究太赫兹无线链路的可行性的第一组，无论是在室内或室外，但几乎没有全面的研究，在该领域的许多研究人员认为，依靠间接的联系，或非视距路径，是不可能的。“我们的工作表明，情况并非如此，”他说。

太赫兹辐射的频率高于95兆赫（GHz），超越了美国联邦通信委员会（FCC）尚未建立服务规则。在这个区域的频谱可以在未来的无线技术中使用，但对这种数据载波的功率要求、体系结构、硬件或其他基本问题知之甚少。

太赫兹辐射的频率大约是频率的100倍，因此光子能量比典型的无线载波（如蓝牙或标准Wi-Fi）高。一些人对这种辐射的安全性表示担忧，但由于这些波不可能深入到组织中，特别是无线应用中的权力，大多数人认为安全不会成为问题。

Mittleman组测量数据传输在100, 200, 300和400 GHz的使用与一个现实生活中的各种环境中每秒1千兆比特的数据传输率。他们建立了一个太赫兹发射机，它使用一个倍频链将调制的基带信号转换成所需的频率。他们还把接收器放在下游，围绕室内和室外的各种障碍物来检测脉冲信号。室外测量是由FCC授予的实验许可证实现的。

（左）一个定向太赫兹无线链路的示意图，其中包括两个反弹的墙壁，这样就没有从发射器到接收器的视线路径。插入显示了对数刻度上的误码率（BER），作为发射机输出功率的函数。在100 GHz和200 GHz，基本上可以实现无差错传输（BER = 10×9）。

（右）在这些测量中使用的发射机钻机的特写照片，其中包括喇叭天线和特氟隆透镜，以增加系统的增益。信用：Daniel Mittleman

当太赫兹信号直接指向接收机时，产生了视线测量。或者，在检测之前，信号也可能被迫从对象中反射或反弹。这些非视距实验使用了真实的物体，包括一个油漆过的煤渣块、一扇门、金属箔和一块光滑的金属板，用来反射信号。

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在一个关键的实验中，信号源和接收器被放置在彼此看不见的地方。信号从隔墙反弹两次，容易被接收器发现。这项研究表明，与以前的期望相反，非视距使用这种类型的载波是可能的，而太赫兹辐射可能在未来的无线技术中发挥作用。