科技日報記者 張夢然

美國普林斯頓大學(xué)研究團隊開發(fā)出一種創(chuàng)新“曲線球”系統(tǒng)，可高速穩(wěn)定傳遞超高頻信號。這一神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，能夠動態(tài)塑造無線信號的傳輸路徑，就像“曲線球”一樣繞過障礙物，從而維持穩(wěn)定、高速的通信連接，可應(yīng)對萬物互聯(lián)趨勢加劇和數(shù)據(jù)需求激增難題。該研究成果發(fā)表于最新一期《自然·通訊》雜志。

超高頻信號，尤其是位于微波頻譜上端的亞太赫茲頻段，雖然具備傳輸當(dāng)前無線系統(tǒng)10倍數(shù)據(jù)量的潛力，對虛擬現(xiàn)實、全自動駕駛汽車等高帶寬需求應(yīng)用至關(guān)重要，但其信號以高度定向的波束形式傳播，極易被物體阻擋，即使用戶在房間移動或經(jīng)過書柜，也可能導(dǎo)致連接中斷。這一特性嚴(yán)重限制了其在復(fù)雜室內(nèi)環(huán)境中的實際應(yīng)用。

鑒于無線帶寬的壓力持續(xù)攀升，亞太赫茲頻段為實現(xiàn)更高傳輸速率和網(wǎng)絡(luò)容量提供了關(guān)鍵突破口。然而，如何在復(fù)雜、動態(tài)環(huán)境中保持可靠連接，一直是阻礙其應(yīng)用的核心挑戰(zhàn)。

傳統(tǒng)方案依賴外部反射器來繞開障礙，但在多數(shù)現(xiàn)實場景中，反射器并不可靠或難以部署。團隊另辟蹊徑，采用一種名為“艾里波束”的特殊無線電波技術(shù)。該概念最早于1979年提出，其特點是能夠在傳播過程中沿彎曲軌跡前進，而非直線傳播。通過精確控制波束的曲率和彎曲位置，信號可以繞過障礙物，在非直視條件下實現(xiàn)有效傳輸。

然而，如何在瞬息萬變的環(huán)境中實時選擇并優(yōu)化最佳彎曲路徑，仍是一個極具挑戰(zhàn)性的問題。團隊此次引入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建了一個能夠快速適應(yīng)環(huán)境變化的智能系統(tǒng)。其工作方式類似于職業(yè)籃球運動員的投籃決策：運動員不會在每次投籃時進行復(fù)雜計算，而是依靠經(jīng)驗判斷出手角度和力度。同時，團隊開發(fā)了一個高保真模擬器，使神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠在虛擬環(huán)境中高效學(xué)習(xí)，適應(yīng)各種障礙布局和動態(tài)變化。

最終，實驗驗證了該技術(shù)的可行性——超表面天線能夠精細引導(dǎo)波束方向和形態(tài)，實現(xiàn)對信號路徑的主動調(diào)控。

這項工作解決了一個長期阻礙高頻無線通信在動態(tài)環(huán)境中落地的關(guān)鍵問題。團隊展望，隨著技術(shù)進一步發(fā)展，未來的發(fā)射器將能智能導(dǎo)航最復(fù)雜的環(huán)境，為沉浸式虛擬現(xiàn)實、全自動駕駛交通等目前仍難以實現(xiàn)的應(yīng)用，提供超高速、高可靠的無線連接支持。

總編輯圈點

亞太赫茲頻段雖能提供10倍于當(dāng)前5G的帶寬，但其信號極易被障礙物阻斷。新技術(shù)打通了高頻段在復(fù)雜場景中應(yīng)用的“最后一公里”，為未來網(wǎng)絡(luò)的高速率、大容量奠定了基礎(chǔ)。這意味著，未來我們可以享受無中斷的8K流媒體甚至VR會議；在體育場、火車站等人員密集區(qū)域，新技術(shù)通過單設(shè)備覆蓋更大范圍且抗干擾，減少基站建設(shè)數(shù)量及能耗，讓通信變得更加便宜。需要海量傳輸環(huán)境信息的全自動駕駛也會變得更穩(wěn)定、更安全。