諸如光纖之類(lèi)的基于光學(xué)的技術(shù)已經(jīng)極大地影響了有線(xiàn)通信的時(shí)代?，F(xiàn)在，他們看起來(lái)也將徹底改變無(wú)線(xiàn)通信，并通過(guò)使用可控的窄紅外光束以節(jié)能高效和安全的方式分別向用戶(hù)設(shè)備發(fā)送大量數(shù)據(jù)，從而解決傳統(tǒng)基于無(wú)線(xiàn)電的方法的關(guān)鍵問(wèn)題。埃因霍溫科技大學(xué)的研究人員正在開(kāi)發(fā)紅外無(wú)線(xiàn)通信的新方法，該方法可能會(huì)永遠(yuǎn)改變我們?cè)L問(wèn)數(shù)據(jù)的方式。

現(xiàn)代世界正在迅速成為無(wú)線(xiàn)紅外世界!到目前為止，室內(nèi)和室外的大多數(shù)無(wú)線(xiàn)通信都是基于無(wú)線(xiàn)電的。盡管信號(hào)調(diào)制技術(shù)可以將更多數(shù)據(jù)壓縮到有限的射頻頻譜中，而空間復(fù)用可以將多個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)合并為一個(gè)信號(hào)而又不需要更多頻譜，但我們?nèi)栽谂M(mǎn)足指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)需求。

解決方案可以是光學(xué)無(wú)線(xiàn)通信，它使用從幾百納米到幾微米的寬光譜范圍的光波長(zhǎng)，包括可見(jiàn)光和紅外輻射。Ton Koonen和光子集成研究所的研究人員正在設(shè)計(jì)原型系統(tǒng)，其容量是當(dāng)前共享WiFi系統(tǒng)的2000倍。他們已在皇家學(xué)會(huì)《哲學(xué)交易》 A(世界上最古老的進(jìn)行中的科學(xué)雜志)的主題論文“光學(xué)無(wú)線(xiàn)通信”的受邀論文中介紹了他們的工作。艾薩克·牛頓(Isaac Newton)的第一篇論文“關(guān)于光和顏色的新理論”于1672年在同一期刊上發(fā)表。

可轉(zhuǎn)向的

窄光束的光學(xué)無(wú)線(xiàn)通信具有許多優(yōu)勢(shì);與無(wú)線(xiàn)電波相比，它們易于引導(dǎo)，更節(jié)能，延遲時(shí)間更短(發(fā)出命令開(kāi)始數(shù)據(jù)傳輸后開(kāi)始數(shù)據(jù)傳輸之前的延遲)，每個(gè)用戶(hù)的容量顯著增加，并促進(jìn)更大的數(shù)據(jù)傳輸和用戶(hù)的通信隱私。

重要的是，波長(zhǎng)超過(guò)1400 nm的紅外無(wú)線(xiàn)通信對(duì)眼睛安全，因?yàn)檫@些波長(zhǎng)的光永遠(yuǎn)無(wú)法到達(dá)眼睛的視網(wǎng)膜，因?yàn)樗鼤?huì)被晶狀體和眼內(nèi)液體玻璃體液的結(jié)合物吸收。因此，人眼安全規(guī)定允許自由空間中的紅外光束比可見(jiàn)光束承載更多的功率，這在數(shù)據(jù)傳輸方面是一個(gè)好兆頭。

對(duì)于室內(nèi)無(wú)線(xiàn)通信，攜帶數(shù)據(jù)的紅外信號(hào)很容易操縱。這意味著單個(gè)光束可以通過(guò)一條非共享的通信鏈路精確地定向到單個(gè)設(shè)備，以例如提供128個(gè)單獨(dú)的信號(hào)，每個(gè)信號(hào)承載高達(dá)112 Gbit s -1的信號(hào)，如Koonen的實(shí)驗(yàn)室所示。相比之下，共享WiFi系統(tǒng)最多可提供7 Gbit s -1，比可控紅外系統(tǒng)小3個(gè)數(shù)量級(jí)。

高效節(jié)能

在他們的室內(nèi)紅外無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)中，光束由來(lái)自中央通信控制器(CCC)的光纖承載。當(dāng)光束到達(dá)房間時(shí)，它們會(huì)使用基于天花板的筆形輻射天線(xiàn)(PRA)傳輸?shù)筋A(yù)期的設(shè)備。但是，紅外無(wú)線(xiàn)通信的一個(gè)缺點(diǎn)是，它要求PRA和接收設(shè)備之間具有清晰的視線(xiàn)(LoS)，否則光束將無(wú)法到達(dá)設(shè)備。因此，如果不存在LoS，則包括多個(gè)PRA以從不同方向傳輸信號(hào)。

轉(zhuǎn)向過(guò)程中的能源效率通過(guò)使用無(wú)源方法來(lái)轉(zhuǎn)向紅外光束來(lái)確保。這樣的方法不需要外部動(dòng)力，并且可以提供更快的轉(zhuǎn)向速度并且更易于放大。一種這樣的方法涉及結(jié)合波長(zhǎng)衍射功能來(lái)調(diào)節(jié)光的波長(zhǎng)。光柵被設(shè)計(jì)成在特定方向上衍射特定波長(zhǎng)，其中波長(zhǎng)和相關(guān)光束的數(shù)量受到激光二極管發(fā)射器調(diào)諧范圍的限制。