Il futuro del trasferimento dati cellulare potrebbe risiedere nella “curvatura” dei fasci di luce a mezz’aria per fornire reti wireless 6G con velocità elevatissime, bypassando la necessità di una linea di vista tra trasmettitore e ricevitori. In un nuovo studio pubblicato sulla rivista Communications Engineering di Nature, i ricercatori hanno spiegato come hanno sviluppato un trasmettitore in grado di regolare dinamicamente le onde necessarie per supportare i futuri segnali 6G.
Lo standard di comunicazione cellulare più avanzato è il 5G. Previsto che sarà migliaia di volte più veloce, il 6G inizierà a essere lanciato nel 2030, secondo l’ente commerciale GSMA. A differenza del 5G, che opera principalmente in bande inferiori a 6 gigahertz (GHz) nello spettro elettromagnetico, si prevede che il 6G operi in bande sub-terahertz (THz) tra 100 GHz e 300 GHz e in bande THz, appena al di sotto dell’infrarosso. Quanto più questa radiazione è vicina alla luce visibile, tanto più i segnali sono soggetti a essere bloccati da oggetti fisici. Una delle sfide principali con il 5G ad alta frequenza e il futuro 6G è che i segnali necessitano di una linea di vista diretta tra un trasmettitore e un ricevitore.
Ma negli esperimenti, gli scienziati hanno dimostrato che è possibile “curvare” efficacemente i segnali ad alta frequenza attorno a ostacoli come gli edifici. “Questo è il primo collegamento dati curvo al mondo, una pietra miliare fondamentale nella realizzazione della visione 6G di elevata velocità di trasmissione dati e alta affidabilità”, ha affermato Edward Knightly, coautore dello studio e professore di ingegneria elettrica e informatica presso la Rice University.
I fotoni, o particelle di luce, che compongono la radiazione THz in questa regione dello spettro elettromagnetico generalmente viaggiano in linea retta, a meno che lo spazio e il tempo non siano deformati da massicce forze gravitazionali, del tipo esercitato dai buchi neri. Ma i ricercatori hanno scoperto che i fasci di luce autoaccelerati – dimostrati per la prima volta in una ricerca del 2007 – formano configurazioni speciali di onde elettromagnetiche che possono piegarsi o curvarsi da un lato mentre si muovono nello spazio.
Progettando trasmettitori con schemi che manipolano la forza, l’intensità e la tempistica dei segnali che trasportano dati, i ricercatori hanno creato onde che lavoravano insieme per creare un segnale che rimaneva intatto anche se il suo percorso verso un ricevitore era parzialmente bloccato. Hanno scoperto che è possibile formare un raggio di luce che si adatta a qualsiasi oggetto sul suo cammino manipolando i dati secondo uno schema non bloccato. Quindi, mentre i fotoni viaggiano ancora in linea retta, il segnale THz si curva effettivamente attorno a un oggetto.
Verso un futuro 6G
Sebbene piegare la luce senza la potenza di un buco nero non sia una ricerca nuova, ciò che è significativo in questo studio è che potrebbe rendere le reti 6G una realtà pratica. L’onda millimetrica (mmWave) del 5G offre attualmente la larghezza di banda di rete più veloce occupando le frequenze radio 5G più elevate tra 24 GHz e 100 GHz dello spettro elettromagnetico per fornire velocità di download massime teoriche da 10 a 50 gigabit (miliardi di bit) al secondo. I raggi THz si trovano al di sopra delle onde mmWave in una frequenza compresa tra 100 GHz e 10.000 GHz (10 THz), necessaria per fornire velocità di trasferimento dati di un terabit al secondo, quasi 5.000 volte più veloce della velocità media del 5G statunitense.
“Vogliamo più dati al secondo”, ha detto in una nota Daniel Mittleman, professore alla Brown’s School of Engineering. “Se vogliamo farlo, abbiamo bisogno di più larghezza di banda, e quella larghezza di banda semplicemente non esiste utilizzando le bande di frequenza convenzionali”.
A causa delle alte frequenze in cui operano, sia i segnali mmWave del 5G che i futuri segnali 6G necessitano di una linea di vista diretta tra un trasmettitore e un ricevitore. Ma fornendo praticamente un segnale su una traiettoria curva, le future reti 6G non avrebbero bisogno che gli edifici siano coperti da ricevitori e trasmettitori. Tuttavia, affinché la deflessione del segnale funzioni, è necessario che un ricevitore si trovi all’interno del range near-field del trasmettitore. Quando si utilizzano raggi THz ad alta frequenza, ciò significa circa 10 metri di distanza, il che non va bene per il 6G in tutta la città, ma potrebbe essere pratico per le reti Wi-Fi di prossima generazione.
“Una delle domande chiave che tutti ci pongono è quanto si può curvare e quanto lontano”, ha detto Mittleman. “Abbiamo fatto delle stime approssimative di queste cose, ma non le abbiamo ancora quantificate, quindi speriamo di mapparle“.
Sebbene la curvatura dei segnali THz sia molto promettente per le future reti 6G, l’uso dello spettro THz è ancora agli inizi. Con questo studio, gli scienziati hanno affermato che abbiamo fatto un passo avanti verso la realizzazione di reti wireless cellulari con velocità senza precedenti.