光速Wi-Fi

使用反射紅外線代替無(wú)線電波在空氣中傳輸數(shù)據(jù)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，已經(jīng)達(dá)到每秒一千兆比特的速度——這比最快的Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)還要快上6至14倍。這種光網(wǎng)絡(luò)可以提供更快更安全的通信，尤其適合醫(yī)院、飛機(jī)和工廠使用，在這些區(qū)域中，射頻傳輸會(huì)干擾導(dǎo)航設(shè)備、醫(yī)療器械或控制系統(tǒng)。另一種潛在應(yīng)用是用于家庭影院的無(wú)線網(wǎng)絡(luò);該系統(tǒng)每秒要傳輸1.6Gb的數(shù)據(jù)，從而能夠在房間內(nèi)傳播兩個(gè)獨(dú)立的高清電視頻道，超出所有現(xiàn)存的無(wú)線電系統(tǒng)的帶寬。

亮點(diǎn)：這個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)每秒可以傳輸1Gb的數(shù)據(jù)。紅外激光(右邊的黑色設(shè)備)被用于傳輸數(shù)據(jù)。

賓夕法尼亞州立大學(xué)的研究生賈利爾•法德魯拉(Jarir Fadlullah) 和該校電機(jī)工程教授兼信息通信技術(shù)研究中心主任穆赫森•凱夫拉德(Mohsen Kavehrad)，建造并測(cè)試了這個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。他們的裝置通過(guò)調(diào)制一束聚焦在天花板上的紅外光，同時(shí)使用一種特別改裝的光電探測(cè)器收集反射光，從而使數(shù)據(jù)在房間里傳輸。兩位搭檔說(shuō)他們的測(cè)量結(jié)果顯示，該系統(tǒng)能夠支持的數(shù)據(jù)傳輸速度“遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出”他們現(xiàn)在宣稱的1Gb/s。

“這或許會(huì)成為下一代無(wú)線通信技術(shù)，”加州大學(xué)河濱分校的電機(jī)工程教授徐正元(Zhengyuan Daniel Xu)說(shuō)。徐還是加州大學(xué)普適光通信研究中心(The Center for Ubiquitous Communication by Light，UC-Light Center)的主任，該中心是加州大學(xué)各個(gè)校區(qū)里無(wú)線光通信研究人員的協(xié)會(huì)。“光將帶來(lái)比無(wú)線電射頻更高的數(shù)據(jù)速率，而且無(wú)線電射頻的頻譜已經(jīng)十分擁擠。”

光無(wú)線網(wǎng)絡(luò)還可以比無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)提供更少的干擾和更高的安全性，凱夫拉德說(shuō)。無(wú)線電信號(hào)可以穿透墻壁和房門(mén)，然而光不可以，使得它易于進(jìn)行頻率復(fù)用，并且難以攔截傳輸。他還指出與無(wú)線電射頻不同，各類光——紅外線、可見(jiàn)光、紫外線——的光譜區(qū)均沒(méi)有受到全球管制。這使得光無(wú)線網(wǎng)絡(luò)更易于商業(yè)化。

研究人員從70年代后期已經(jīng)開(kāi)始研究室內(nèi)光通信，當(dāng)時(shí)IBM蘇黎世實(shí)驗(yàn)室的工程師們建立了首個(gè)工作系統(tǒng)。該技術(shù)停滯不前是因?yàn)楫?dāng)時(shí)互聯(lián)網(wǎng)仍處于嬰兒期，也不存在對(duì)無(wú)線寬帶系統(tǒng)的需求——直到近幾年它的吸引力才再度開(kāi)始顯現(xiàn)。

凱夫拉德的演示是迄今為止論證過(guò)的室內(nèi)無(wú)線光網(wǎng)絡(luò)中速度最快的，塔夫茨大學(xué)的電子與計(jì)算機(jī)工程助理教授瓦倫西亞•M•喬伊納(Valencia M. Joyner)說(shuō)。她指出他和法德魯拉實(shí)現(xiàn)的傳輸距離，以及他們使用漫射光而不是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的光系統(tǒng)，都是非常重要的。“對(duì)室內(nèi)光信號(hào)高速傳輸能力的論證存在著許多挑戰(zhàn)，”她說(shuō)。“他能夠使用散射光演示出一個(gè)速度為1Gb/s的系統(tǒng)，這項(xiàng)成果的意義相當(dāng)重大。它大大降低了收發(fā)系統(tǒng)的復(fù)雜性。”

凱夫拉德和法德魯拉建造的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)使用低能量的紅外激光，防止對(duì)眼睛或皮膚的潛在傷害。他們通過(guò)一個(gè)透鏡聚焦光線，在天花板上生成一個(gè)橢圓形的光斑;然后使用一個(gè)高靈敏度的光線探測(cè)器，叫做雪崩式光敏二極管，來(lái)收集從天花板反射的光線。他們使用一個(gè)塑料的全息透鏡從天花板光斑收集足夠的反射光，并將它聚焦在光敏二極管的感光區(qū)域。通過(guò)使用這些透鏡，凱夫拉德和法德魯拉可以在一個(gè)面積為8m×4m的房間里傳輸1Gb/s的光信號(hào)。

自由空間光通信網(wǎng)絡(luò)早已用于遠(yuǎn)距離的寬帶數(shù)據(jù)傳輸，但是激光的高能量、對(duì)視線無(wú)阻擋的要求和接收器與發(fā)送器之間極其精確的對(duì)準(zhǔn)要求，限制了它們的可用性。凱夫拉德和法德魯拉選擇的低能散射光方法不需要這種精確對(duì)準(zhǔn)，更適用于室內(nèi)通信。凱夫拉德說(shuō)他們的系統(tǒng)也能使用可見(jiàn)光和紫外線像紅外線一樣工作。

諸如英特爾、InterDigital、西門(mén)子、索尼、三星、三菱和三洋等公司都在從事光無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的研究，凱夫拉德和徐說(shuō)。其中幾家公司是紅外線數(shù)據(jù)協(xié)會(huì)(Infrared Data Association，IrDA)的成員，這家行業(yè)組織正在開(kāi)發(fā)紅外無(wú)線通信的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。IrDA最近宣布了工作速度為1Gb/s的極短距離的視距紅外通信鏈接的GigaIR標(biāo)準(zhǔn)。而為無(wú)線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)的IEEE 802.15工作組，正在創(chuàng)建使用可見(jiàn)光的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)，法德魯拉說(shuō)。

凱夫拉德說(shuō)在光無(wú)線網(wǎng)絡(luò)成為現(xiàn)實(shí)之前， “必須進(jìn)行大量的工程”。他和法德魯拉在他們的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，使用的激光、發(fā)射器和接收器并非設(shè)計(jì)用于通信用途;所有這些設(shè)備必須為數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化。然而，凱夫拉德說(shuō)，如果用于室內(nèi)照明的白色LED燈的開(kāi)發(fā)繼續(xù)保持它現(xiàn)在的速度，那么三年內(nèi)就可能出現(xiàn)可用的無(wú)線光網(wǎng)絡(luò)。“主要限制因素將是行業(yè)及其政策，以及消費(fèi)者的需求，”他說(shuō)。