“曲线球”系统可绕障传输超高频信号
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美国普林斯顿大学研究团队开发出一种创新“曲线球”系统，可高速稳定传递超高频信号。这一神经网络系统，能够动态塑造无线信号的传输路径，就像“曲线球”一样绕过障碍物，从而维持稳定、高速的通信连接，可应对万物互联趋势加剧和数据需求激增难题。该研究成果发表于最新一期《自然·通讯》杂志。
研究团队与“曲线球”系统。图片来源：美国普林斯顿大学
超高频信号，尤其是位于微波频谱上端的亚太赫兹频段，虽然具备传输当前无线系统10倍数据量的潜力，对虚拟现实、全自动驾驶汽车等高带宽需求应用至关重要，但其信号以高度定向的波束形式传播，极易被物体阻挡，即使用户在房间移动或经过书柜，也可能导致连接中断。这一特性严重限制了其在复杂室内环境中的实际应用。
鉴于无线带宽的压力持续攀升，亚太赫兹频段为实现更高传输速率和网络容量提供了关键突破口。然而，如何在复杂、动态环境中保持可靠连接，一直是阻碍其应用的核心挑战。
传统方案依赖外部反射器来绕开障碍，但在多数现实场景中，反射器并不可靠或难以部署。团队另辟蹊径，采用一种名为“艾里波束”的特殊无线电波技术。该概念最早于1979年提出，其特点是能够在传播过程中沿弯曲轨迹前进，而非直线传播。通过精确控制波束的曲率和弯曲位置，信号可以绕过障碍物，在非直视条件下实现有效传输。
然而，如何在瞬息万变的环境中实时选择并优化最佳弯曲路径，仍是一个极具挑战性的问题。团队此次引入神经网络，构建了一个能够快速适应环境变化的智能系统。其工作方式类似于职业篮球运动员的投篮决策：运动员不会在每次投篮时进行复杂计算，而是依靠经验判断出手角度和力度。同时，团队开发了一个高保真模拟器，使神经网络能够在虚拟环境中高效学习，适应各种障碍布局和动态变化。
最终，实验验证了该技术的可行性——超表面天线能够精细引导波束方向和形态，实现对信号路径的主动调控。
这项工作解决了一个长期阻碍高频无线通信在动态环境中落地的关键问题。团队展望，随着技术进一步发展，未来的发射器将能智能导航最复杂的环境，为沉浸式虚拟现实、全自动驾驶交通等目前仍难以实现的应用，提供超高速、高可靠的无线连接支持。
亚太赫兹频段虽能提供10倍于当前5G的带宽，但其信号极易被障碍物阻断。新技术打通了高频段在复杂场景中应用的“最后一公里”，为未来网络的高速率、大容量奠定了基础。这意味着，未来我们可以享受无中断的8K流媒体甚至VR会议；在体育场、火车站等人员密集区域，新技术通过单设备覆盖更大范围且抗干扰，减少基站建设数量及能耗，让通信变得更加便宜。需要海量传输环境信息的全自动驾驶也会变得更稳定、更安全。
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