211service.com
Wi-Fi med ljusets hastighet
Ett trådlöst nätverk som använder reflekterat infrarött ljus istället för radiovågor har överfört data genom luften med en hastighet av en gigabit per sekund – sex till 14 gånger snabbare än det snabbaste Wi-Fi-nätverket. Sådana optiska nätverk skulle kunna ge snabbare, säkrare kommunikationer och skulle vara särskilt lämpliga för användning på sjukhus, flygplan och fabriker, där radiofrekvensöverföring kan störa navigationsutrustning, medicinsk utrustning eller kontrollsystem. En annan möjlig tillämpning är trådlöst nätverk för hemmabiosystem; ett system som sänder data med 1,6 gigabit per sekund skulle kunna sända två separata högupplösta TV-kanaler över ett rum, en kapacitet som överstiger bandbredden för alla befintliga radiosystem.
Starkt ljus : Det här experimentella systemet kan överföra data med en gigabit per sekund. En infraröd laser (den svarta enheten till höger) används för att överföra data.
Penn State doktorand Jarir Fadlullah och Mohsen Kavehrad , professor i elektroteknik och chef för universitetets Center for Information and Communications Technology Research, byggde och testade det experimentella systemet. Deras uppstart skickade data över ett rum genom att modulera en stråle av infrarött ljus som var fokuserad på taket och fånga upp reflektionerna med hjälp av en speciellt modifierad fotodetektor. Paret säger att deras mätningar visar att systemet kan stödja datahastigheter långt över den en gigabit per sekund som de för närvarande hävdar.
Detta kommer förmodligen att bli nästa generations trådlösa kommunikationsteknik, säger Zhengyuan Daniel Xu , professor i elektroteknik vid University of California, Riverside. Xu är också chef för UC-Light Center , ett konsortium av forskare som arbetar med trådlös optisk kommunikation på olika UC-campus. Ljus ger dig högre datahastigheter än radiofrekvenser, och RF har redan ett mycket överbelastat spektrum.
Optiska trådlösa nätverk kan också erbjuda mindre störningar och större säkerhet än radiofrekvensnätverk, säger Kavehrad. Medan radiosignaler passerar genom väggar och dörrar, gör det inte ljus, vilket gör det lättare att återanvända frekvenser och svårare att fånga upp sändningar. Han noterar också att till skillnad från radiofrekvenser är spektralområdet för allt ljus – infrarött, synligt och ultraviolett – oreglerat över hela världen. Detta kan göra det lättare att kommersialisera optiska trådlösa nätverk.
Forskare har studerat optisk kommunikation inomhus sedan slutet av 1970-talet, när ingenjörer vid IBM Zürich byggde det första fungerande systemet. Tekniken försvann eftersom Internet fortfarande var i sin linda, och det fanns ingen efterfrågan på trådlösa bredbandssystem – även om intresset har ökat under de senaste åren.
Kavehrads demonstration är den överlägset högsta hastigheten som har demonstrerats för ett trådlöst optiskt nätverk inomhus, säger Valencia M. Joyner , biträdande professor i el- och datateknik vid Tufts University. Hon noterar att transmissionsavstånden som han och Fadlullah uppnådde, och deras användning av diffust ljus snarare än ett punkt-till-punkt optiskt system, är särskilt viktiga. Det finns många utmaningar med att demonstrera höghastighetskapaciteten hos optiska signaler inomhus, säger hon. Det faktum att han kunde demonstrera ett en-gigabit-per-sekund-system med diffust ljus är extremt betydelsefullt. Det minskar drastiskt komplexiteten hos transceiversystemet.
Kavehrad och Fadlullah byggde experimentsystemet med en lågeffekts infraröd laser för att förhindra eventuella skador på ögon eller hud. De fokuserade ljuset genom en lins och skapade en elliptisk fläck i taket; de använde sedan en högkänslig ljusdetektor som kallas lavinfotodiod för att fånga upp ljuset som reflekteras från taket. De använde en holografisk lins av plast för att samla in tillräckligt med reflekterat ljus från takpunkten och fokusera det på fotodiodens aktiva område. Genom att använda linsen kunde Fadlullah och Kavehrad sända en optisk signal på en gigabit per sekund över ett rum cirka åtta meter långt och fyra meter brett.
Free-space optiska nätverk har tidigare använts för att överföra bredbandsdata över långa avstånd, men lasrarnas höga effekt och behovet av fri sikt och extremt exakt uppriktning mellan sändare och mottagare har begränsat deras användbarhet. Kavehrad och Fadlullah valde lågeffekts diffust ljus kräver inte så exakt inriktning och är mycket mer praktiskt för inomhuskommunikation. Kavehrad säger att deras system ska fungera för synligt och ultraviolett ljus samt infrarött.
Företag som t.ex Intel , InterDigital , Siemens , Sony , Samsung , Mitsubishi , och Sanyo alla forskar om optiska trådlösa nätverk, säger Kavehrad och Xu. Flera av dessa företag är medlemmar i Infrared Data Association (IrDA) , en branschorganisation som utvecklar tekniska standarder för infraröd trådlös kommunikation. IrDA tillkännagav nyligen GigaIR-standarden för infraröda kommunikationslänkar med mycket kort räckvidd, som arbetar med en gigabit per sekund. Och arbetsgruppen IEEE 802.15, som sätter standarder för trådlösa personliga nätverk, arbetar med att skapa standarder för trådlösa nätverk som använder synligt ljus, säger Fadlullah.
Kavehrad säger att mycket ingenjörskonst måste hända innan optiska trådlösa nätverk blir verklighet. Han och Fadlullah använde lasrar, sändare och mottagare som inte var designade för kommunikation i deras experimentella system; all den utrustningen måste vara optimerad för datanätverk. Men, säger Kavehrad, om utvecklingen av vita lysdioder för inomhusbelysning fortsätter i sin nuvarande takt bör det vara möjligt att ha praktiska trådlösa optiska nätverk inom tre år. De främsta begränsande faktorerna kommer att vara industrier och deras politik, samt konsumenternas efterfrågan, säger han.