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传输速率破1Gbps 红外线光通讯大有可为
 

【CTIMES / SMARTAUTO ABC_1 报导】    2010年03月23日 星期二

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是的,高速传输科技日新月异。现在高速无线光通讯技术又有新的突破。美国宾夕法尼亚州立大学的研究团队,已经成功研发出传输速率可达1Gbps的高速红外线光传输技术。

这个技术是利用反射红外线(reflected infrared light)光代替无线电波(radio waves)传输数据的无线网络,不必采用多重输入多重输出(MIMO)和动态数字聚束(dynamic digital beamforming)技术,便可达到1Gbps传输速度的境界,可比既有存在使用的Wi-Fi网络速度快上6~14倍。

这个技术是由宾夕法尼亚州立大学的研究生Jarir Fadlullah、和电机工程教授兼信息通讯技术研究中心主任Mohsen Kavehrad,共同建造并测试的实验系统。这个红外线光通讯系统装置,是藉由调变一束聚焦在天花板上的红外光,同时使用一种特别改装的光电探测器(modified photodetector)收集反射光,让数据在房间里得以传输。Mohsen Kavehrad和Jarir Fadlullah表示,他们的测试数据结果还显示,此红外线Wi-Fi系统能够支持的数据传输速度「远远超出」(well beyond)现在所宣称的1Gbps。

他们是利用低能量的红外线雷射来建造实验系统,防止红外线对眼睛或皮肤的伤害风险。他们藉由一个透镜来聚焦光线,在天花板上形成一椭圆形的光点,然后使用高灵敏度的雪崩式光电二极管(avalanche photodiode)光线探测器,收集从天花板反射的光线。同时他们使用一个塑料的全息透镜(holographic lens),从天花板光点收集足够的反射光,并将它聚焦在光电二极管的感光区域。藉由使用这些透镜,他们便能够在一个面积为长8公尺、宽4公尺的房间内传输1Gbps的红外线光讯号。

这种光网络可提供更快更安全的通讯技术,适合应用在医院、航空和工业环境,因为在这些区域内,射频传输会干扰敏感的导航设备、医疗器材或自动控制系统。另一个具有潜力的应用领域则是在数字家庭剧院的无线网络。这次的红外线光通讯技术,是使用散射光(diffuse light)而非是点对点的光收发系统,能够用散射光展示传输速率可达1Gbps的光通讯能力,意义相当重大。这个低能量散射光方法,不需要非常精确对准也可接收到讯号,可减少光收发系统的复杂度,因此更适用于室内通讯。

目前高速无线传输高画质视讯的规格主要是以利用毫米波60GHz频段的WirelessHD和WiGig标准正在激烈竞争,还有使用5GHz频谱的WHDI。以往60GHz是用来传递远距离的军事机密通讯,现在可应用在客厅家庭无线传输高画质视讯应用上。不过高能量的雷射、以及LoS(line of sight)必须毫无阻碍的要求、加上接收器与收发器之间必须精准对位才能收到讯号,限制了60GHz的可用性。这项红外线光通讯技术有相当大的机会加入这场竞赛。

现在无线射频可使用的频段已经非常拥挤,光无线通信将开展另一扇窗,让无线通信技术迈向另一新的境界。比起无线电网络(radio-frequency networks),光无线网络(optical wireless networks)具备更小的干扰和更高的安全性。不过Mohsen Kavehrad指出,无线电讯号可以穿透墙壁和房间门,但光通讯就没办法了。反过头来这样的传输特性,让光通讯频谱得以重复使用,并且难以被拦截。这与指向性高的60GHz毫米波传输应用,则有异曲同工之妙。

更重要的是,Mohsen Kavehrad指出,不像无线射频频谱备受各国政府程度不一的通讯管制,包括红外线、可见光、和紫外线等各类光谱,尚未受到全球管制。 这便创造了光无线网络商业化的良好条件。

例如今年初利用白光LED的LED可见光通讯技术也有新的突破,德国西门子(Siemens)和德国Heinrich Rudolf 研究所的科学家便成功合作提高传输速率至500Gbps。其即利用荧光灯或是白光LED等室内照明设备,发出肉眼感觉不到的高速明暗闪烁的讯号,以无线方式来传输数据。采用可见光是因为波长范围大,透过设计将可见光讯号用不同的波长进来进行传输。LED可见光通讯的优点也是可避免一般无线局域网络(WLAN)或高频无线传输的电磁波对人体与周边电子设备造成干扰的影响,并且可代替无线基地台,同时具备安全性高的特点。Mohsen Kavehrad便认为,按照白光LED既定的发展进度,三年内便有可能出现可实用化的无线光通讯网络。

现在包括Intel、InterDigital、Siemens、Sony、Samsung、Mitsubishi和Sanyo等都在研发光无线网络,其中几家公司正是红外线数据协会(Infrared Data Association;IrDA)的成员,此协会就是正在开发红外线无线通信的技术标准。IrDA最近宣布了GigaIR标准,可在极短距离的LoS内,以红外线达到1Gbps的传输速率。而为WPAN网络设置标准的IEEE 802.15工作小组,也正在规划使用可见光的无线网络。

關鍵字: 红外线  GigaIR  光通訊  60GHz  IRDA  Intel  InterDigital  Siemens  Sony  三星  Mitsubishi  Sanyo 
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