Каналы NLOS для терагерцовых сигналов в беспроводной связи

Если базовая станция в локальной сети пытается использовать направленный луч для передачи сигнала пользователю, пытающемуся подключиться к сети - вместо использования широковещательной передачи глобальной сети, как это обычно делают базовые станции - как она узнает, куда направить луч?

В 2020 г. исследователи из Университета Райса и Университета Брауна разработали метод обнаружения каналов с использованием терагерцового излучения с высокочастотными волнами выше 100 ГГц. Для этой работы они отложили вопрос о том, что произойдет, если стена или другой отражатель поблизости препятствует прямой видимости (NLOS) от базовой станции до приемника, и сосредоточились на более простой ситуации, когда единственный существующий путь находился на прямой видимости (LOS).

В APL Photonics от AIP Publishing те же исследователи обращаются к этому вопросу, рассматривая два разных общих типа передатчиков и исследуя, как их характеристики могут быть использованы для определения того, влияет ли путь NLOS на сигнал, принимаемый приемником.

«Один тип передатчика передает все частоты более или менее в одном и том же направлении, - сказал Дэниел Миттлман (Daniel Mittleman), соавтор и профессор инженерии из Брауна, - в то время как другой тип передает разные частоты в разных направлениях, демонстрируя сильную угловую дисперсию. Ситуация совершенно отличается в этих двух разных случаях».

Работа исследователей показывает, что передатчик, отправляющий разные частоты в разных направлениях, имеет явные преимущества в своей способности обнаруживать пути NLOS и отличать их от пути LOS.

По словам Миттлмана, хорошо спроектированный приемник сможет обнаруживать обе частоты и использовать их свойства, чтобы распознавать два пути и различать их.

«Чтобы терагерцовые сигналы использовались для беспроводной связи, необходимо преодолеть множество проблем, и одна из самых больших - это обнаружение и использование путей NLOS», - отметил Миттлман.

Эта работа является одной из первых, в которых дается количественное рассмотрение того, как обнаруживать и использовать пути NLOS, а также сравнивается поведение различных передатчиков в этом контексте.

«Для наиболее реалистичных сценариев использования внутри помещений, которые мы можем представить для беспроводной сети с частотой выше 100 ГГц, вопрос о пути NLOS определенно потребует тщательного рассмотрения, - сказал Миттлман. - Нам нужно знать, как использовать эти возможности для поддержания связи».

Если, например, путь LOS чем-то заблокирован, можно использовать путь NLOS для поддержания связи между базовой станцией и приемником.

«Интересно, что с передатчиком, создающим сильную угловую дисперсию, иногда канал NLOS может обеспечить даже более быстрое соединение, чем канал LOS, - сказал Ясаман Гасемпур (Yasaman Ghasempour), соавтор и доцент Университета Райса. - Но вы не можете воспользоваться такими возможностями, если не знаете, существует ли путь NLOS или как его найти».

Изображение передатчика (слева), посылающего сигнал с сильной угловой дисперсией. Каждая частота представлена разным цветом и выходит в разном направлении, создавая структуру, подобную радуге. Две частоты поступают в приемник (справа), одна представлена желтым (путь прямой видимости), а другая - синим (путь без прямой видимости, включающий отражение от поверхности)