وقتی امواج رادیویی فکر می‌کنند؛ تولد هوش فضایی در شبکه‌های نسل آینده

به گزارش خبرنگار دانش و فناوری خبرگزاری دانشجو، شبکه‌های بی‌سیم آینده ممکن است به زودی دستگاه‌ها را سریع‌تر از همیشه به هم متصل کنند و تقریباً به محض ارسال سیگنال، پیوند‌ها را تشکیل دهند.

دانشمندان روشی را توسعه داده‌اند که به فرستنده‌ها و گیرنده‌ها اجازه می‌دهد یکدیگر را با دقت بسیار بالایی مکان‌یابی کنند، گامی که می‌تواند نحوه‌ی عملکرد ارتباطات ۶G را تعریف کند.

با کنترل امواج رادیویی با تصادفی‌سازی مهندسی‌شده، این تکنیک به دقت جهت‌دهی در حد یک دهم درجه دست می‌یابد و به لینک‌های داده پرسرعت اجازه می‌دهد تقریباً بلافاصله قفل شوند.

این پیشرفت، یک مشکل کلیدی در ارتباطات نسل بعدی را هدف قرار می‌دهد: سیگنال‌های فرکانس بالای ۶G می‌توانند حجم عظیمی از داده‌ها را حمل کنند، اما به سرعت ضعیف می‌شوند و نمی‌توانند از موانع عبور کنند.

به جای اینکه مانند وای‌فای پخش شوند، در پرتو‌های باریکی حرکت می‌کنند که باید مستقیماً بین دستگاه‌ها همسو شوند. این رویکرد جدید می‌تواند به آن اتصالات خط دید کمک کند تا به طور خودکار شکل بگیرند و در صورت اختلال، فوراً بازیابی شوند.

بوراک بیلگین، دانشجوی دکترا و یکی از نویسندگان اصلی این مطالعه، گفت که این روش تخمین زاویه بسیار سریع و با دقت بی‌سابقه‌ای را امکان‌پذیر می‌کند.

او گفت که این امر به نوبه خود، امکان برقراری یا بازیابی لینک‌های بی‌سیم را با حداقل تأخیر فراهم می‌کند و به دستگاه‌های بی‌سیم کمک می‌کند تا به سرعت یکدیگر را پیدا کنند تا نرخ بالای داده مورد انتظار از شبکه‌های آینده را فراهم کنند.

دقت از طریق تصادفی بودن

بیلگین این ایده را با استفاده از تشبیه فانوس دریایی توضیح داد. او فرستنده را با یک فانوس دریایی که چندین رنگ نور ساطع می‌کند، مقایسه کرد که در آن شدت هر رنگ با حرکت به سمت بیرون تصادفی می‌شود. گیرنده‌ها، مانند کشتی‌ها در دریا، موقعیت خود را بر اساس ترکیب منحصر‌به‌فرد رنگ‌هایی که تشخیص می‌دهند، تعیین می‌کنند.

برای نشان دادن این مفهوم، محققان از یک ماده الکترونیکی نازک به نام متاسطح استفاده کردند. وقتی یک سیگنال پهن‌باند به سطح برخورد می‌کند، به الگوی مشخصی پراکنده می‌شود که هم به جهت و هم به فرکانس موج بستگی دارد.

هر جهت اثر انگشت الکترومغناطیسی خود را تولید می‌کند و به گیرنده‌ها اجازه می‌دهد تا آن را با یک کتابخانه از پیش ضبط شده مقایسه کرده و فوراً محل منشأ سیگنال را شناسایی کنند. این فرآیند تنها چند پیکوثانیه یا تریلیونیم ثانیه طول می‌کشد.

رویکرد‌های پیشین می‌توانستند یک سیگنال را در طول زمان یا در طول فرکانس تغییر دهند، اما نه هر دو. روش جدید از متاسطح برای تولید الگو‌هایی استفاده می‌کند که به هر دو صورت تغییر می‌کنند.

بیلگین با بازگشت به تشبیه فانوس دریایی گفت که کار آنها اولین کاری است که هم انتقال چندرنگی و هم انتقال متغیر با زمان را به نمایش می‌گذارد.

او توضیح داد که از آنجا که پخش در بازه‌های زمانی مختلف دوباره تصادفی می‌شود، گیرنده‌ها می‌توانند تخمین‌های دقیق‌تری حتی زمانی که سیگنال نویزی است یا پهنای باند محدود است، انجام دهند.

به سوی دقت تراهرتز

با حرکت ارتباطات بی‌سیم به سمت محدوده تراهرتز، این سطح از دقت ضروری خواهد شد.

محققان حجم وسیعی از داده‌ها را تجزیه و تحلیل کردند تا نحوه رفتار آماری سیگنال‌های تصادفی را بررسی کنند و با متخصصانی که مدل‌های نظری و فیزیکی را برای اصلاح سیستم ارائه دادند، همکاری کردند.

بیلگین آن را مطالعه‌ای در مورد تصادفی بودن برنامه‌ریزی‌شده نامید و گفت که تیم باید با دقت برنامه‌ریزی و زمان‌بندی می‌کرد تا داده‌های کافی برای مطالعه رفتار میانگین جمع‌آوری کند. با وجود شکست‌ها در طول آزمایش‌ها، نتایج با انتظارات مطابقت داشت.

ادوارد نایتلی، استاد مهندسی برق و کامپیوتر و علوم کامپیوتر، گفت که این مطالعه نشان می‌دهد که چگونه فیزیک سیگنال‌ها نسل بعدی شبکه‌ها را شکل خواهد داد.

او گفت که این امر یک چالش را به یک فرصت تبدیل می‌کند و نشان می‌دهد که تصادفی بودن، وقتی به درستی مهندسی شود، می‌تواند شبکه‌های بی‌سیم را سریع‌تر، هوشمندتر و قابل اعتمادتر کند.

این مطالعه در مجله Nature Communications Engineering منتشر شده است.