6G найдёт тебя за долю секунды: учёные создали метод, который наводит сигнал с точностью до десятой градуса

Учёные предложили способ, который может радикально ускорить установление соединения между устройствами в будущих беспроводных сетях. Новый метод позволяет передатчикам и приёмникам находить друг друга почти мгновенно — с угловой точностью до 0,1 градуса. Это решение может лечь в основу архитектуры сетей 6G, где объём передаваемой информации огромен, но радиосигнал быстро ослабляется и плохо проходит через препятствия.

Основная сложность сетей следующего поколения связана с частотным диапазоном: на высоких частотах сигналы действительно способны нести гигабитные потоки, но распространяются они не во все стороны, как Wi-Fi, а узкими направленными лучами. Для стабильной связи такие лучи нужно точно навести друг на друга, а при малейшем сдвиге — очень быстро восстановить выравнивание. Предложенный метод как раз решает эту задачу, помогая устройствам автоматически настроить направленные каналы и мгновенно восстанавливаться после разрывов.

Авторы описывают подход как «точность через случайность». Передатчик формирует радиосигнал с заданной, контролируемой случайностью, что даёт приёмнику возможность однозначно определить направление источника. Проще говоря, можно представить передатчик как маяк, который не просто светит разными цветами, но и постоянно меняет интенсивность каждого цвета по заранее заданному алгоритму. Приёмник, увидев уникальную комбинацию «оттенков», мгновенно вычисляет, откуда идёт сигнал.

Для реализации учёные применили метаповерхность — тонкий слой с заданными электрическими свойствами, который рассеивает широкополосный сигнал по-разному в зависимости от частоты и угла падения. Каждый угол рассеяния создаёт собственный электромагнитный «отпечаток», который можно сравнить с заранее сформированной базой образцов. Как только приёмник сопоставит текущую картину с одним из шаблонов, он сразу определит направление источника. Время отклика при этом измеряется пикосекундами — триллионными долями секунды.

Ранее похожие подходы варьировали сигнал либо по времени, либо по частоте, но не в обоих измерениях одновременно. Новая схемa использует метаповерхность для генерации сложных случайных паттернов, меняющихся и во времени, и по частоте. Вернёмся к образу маяка — теперь луч не только переливается разными цветами, но и постоянно перестраивает комбинации этих цветов. Благодаря такой двойной вариативности приёмник получает больше информации и может точнее вычислять направление даже при шуме или ограниченной полосе частот.

Исследователи подчёркивают, что это важный шаг на пути к терагерцовому диапазону, где каждая доля времени и каждый градус имеют значение. Для отработки метода команда провела масштабный статистический анализ и подробное моделирование поведения таких «упорядоченных случайных» сигналов. Сбор нужного объёма данных оказался непростой задачей, но результаты экспериментов показали соответствие теоретическим прогнозам.

По словам профессора Эдварда Найтли, руководившего работой, исследование демонстрирует, что физика сигналов будет во многом определять архитектуру сетей нового поколения. Правильно организованная случайность превращается из проблемы в инструмент — она позволяет сделать беспроводную связь быстрее, точнее и надёжнее. В перспективе такие приёмы помогут устройствам 6G устанавливать каналы за доли секунды, автоматически корректировать направление луча и поддерживать устойчивую передачу данных в сложных условиях.