無線紅外光通信系統：速度比Wi-Fi快百倍！

導讀

近些年來，由於各種無線電和物聯網技術的蓬勃發展，無線設備不斷變多，頻譜資源日益匱乏，網路變得更加擁擠和緩慢。然而，最近荷蘭埃因霍芬理工大學的科研人員進行了創新探索，開發了一種新型「無線紅外光通信系統」，可以有效應對上述挑戰。

（圖片來源於：埃因霍芬理工大學）

創新背景

近些年來，隨著物聯網和智能硬體技術的發展，家用的無線設備也變得越來越多，例如手機、平板電腦、智能家電等等。這些設備需要傳輸的數據量也越來越大，這樣使得 Wi-Fi 網路變得越來越「擁擠和緩慢」，所以業界一直在嘗試尋找其他更快更有效的無線傳輸方案。

創新探索

前不久，荷蘭埃因霍芬理工大學的科研人員進行了創新探索，開發了一種新型無線通信系統，這種無線通信網路基於「無害的紅外線」，它不僅數據帶寬巨大（每條光線的傳輸速度大於40Gbit/s），而且該速度無需在設備之間共享，因為每個設備具有自己的傳輸光線。

埃因霍芬理工大學的 Joanne Oh，是這項研究的主要研究人員，前不久她以優等畢業生的榮譽獲取了博士學位。

創新價值

下面，我們具體解析一下這項創新的價值和技術特點。

• 易於安裝

該系統簡便容易安裝。「光天線」是該系統的核心，用於傳輸無線數據，它們可以安裝於房間中間的天花板上。它可以十分精確地引導來自光纖的光線。

• 無需維護和供電

因為沒有移動部件，所以它無需維護，也無需電力供應。天線配有一對光柵，能夠使得光線以不同波長，從不同角度發射出去。改變光線波長，也會改變的光線方向。

• 安全無害

該技術使用了安全的紅外波長，不會傷害人眼脆弱的視網膜區域，所以是安全無害的。

• 使用方便

如果用戶攜帶智能手機或者平板電腦，在房間內隨意走動時，當走出一條光天線的視野，那麼另外一條光天線將接管。

• 精準定位

整個網路可以利用返回方向上傳輸的無線電信號，從而對於每個無線設備進行精準定位。

• 無需共享帶寬

另外，增加設備也變得很簡單，同一根光線天線給每個設備分配的波長不一樣，所以無需共享帶寬。

• 無干擾

更重要的是，不會像 Wi-Fi 網路一樣接收到來自相鄰網路的干擾。

• 頻率高

現有的 Wi-Fi 無線電信號的頻率在 2.5GHz 或者 5GHz。而這個新系統使用的紅外線的波長在1500納米或者更高，光線的頻率會高出幾千倍，有些可達200THz，所以使得數據傳輸能力強很多。

• 傳輸數據能力強

Joanne Oh 甚至實現了2.5米內42.8Gbit/s的傳輸速度。作為相對，荷蘭的平均連接速度不到其2千分之一(17.6Mbit/s)。即使你有最好的Wi-Fi系統，速度也不會超過300Mbit/s，不到這項研究中無線網路速度的百分之一。

技術劣勢

目前，該系統只可以使用光線進行了下載，上傳仍然是使用無線電信號，因為大多數應用對於上傳速度要求低較低。

其他研究

Koonen 的小組不是研究「室內光學無線網路」的唯一小組，國際上還有許多其他大學和研究所在研究通過室內LED燈光傳輸數據。然而，這些方法的瓶頸是帶寬不高而且必須設備之間必須共享網路。

一些小組嘗試使用移動鏡面導引紅外線，但是缺點是需要對鏡面主動控制，會消耗能量，而且每個鏡面一次只能引導一條光線。

Koonen 和 Oh使用的光柵能處理許多光線，因此可同時連接同台設備，互不干擾。

未來展望

博士生Oh 的工作，是更廣泛的BROWSE項目的一部分，該項目由寬頻通信技術 教授 Ton Koonen 領導，由歐洲研究委員會資助。Joanne Oh 專註於通過直接紅外線的數據傳輸技術，其他博士生的工作包括所有無線設備的精確定位，和連接光天線的中央基礎光纖網路研究。

Koonen 期望使用5年或者更長的時間，推廣使用該技術，他認為首先連接這項新型無線通信技術的設備，應該是視頻監控，筆記本或平板電腦，因為它們要求數據傳輸率較高。

參考資料

【1】https://www.tue.nl/en/university/news-and-press/news/17-03-2017-wi-fi-on-rays-of-light-100-times-faster-and-never-overloaded/#top

【2】https://www.osapublishing.org/jlt/abstract.cfm?uri=jlt-34-20-4802

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