无线红外光通信系统：速度比Wi-Fi快百倍！

导读

近些年来，由于各种无线电和物联网技术的蓬勃发展，无线设备不断变多，频谱资源日益匮乏，网络变得更加拥挤和缓慢。然而，最近荷兰埃因霍芬理工大学的科研人员进行了创新探索，开发了一种新型「无线红外光通信系统」，可以有效应对上述挑战。

（图片来源于：埃因霍芬理工大学）

创新背景

近些年来，随着物联网和智能硬件技术的发展，家用的无线设备也变得越来越多，例如手机、平板电脑、智能家电等等。这些设备需要传输的数据量也越来越大，这样使得 Wi-Fi 网络变得越来越「拥挤和缓慢」，所以业界一直在尝试寻找其他更快更有效的无线传输方案。

创新探索

前不久，荷兰埃因霍芬理工大学的科研人员进行了创新探索，开发了一种新型无线通信系统，这种无线通信网络基于「无害的红外线」，它不仅数据带宽巨大（每条光线的传输速度大于40Gbit/s），而且该速度无需在设备之间共享，因为每个设备具有自己的传输光线。

埃因霍芬理工大学的 Joanne Oh，是这项研究的主要研究人员，前不久她以优等毕业生的荣誉获取了博士学位。

创新价值

下面，我们具体解析一下这项创新的价值和技术特点。

• 易于安装
  

该系统简便容易安装。“光天线”是该系统的核心，用于传输无线数据，它们可以安装于房间中间的天花板上。它可以十分精确地引导来自光纤的光线。

• 无需维护和供电
  

因为没有移动部件，所以它无需维护，也无需电力供应。天线配有一对光栅，能够使得光线以不同波长，从不同角度发射出去。改变光线波长，也会改变的光线方向。

• 安全无害
  

该技术使用了安全的红外波长，不会伤害人眼脆弱的视网膜区域，所以是安全无害的。

• 使用方便
  

如果用户携带智能手机或者平板电脑，在房间内随意走动时，当走出一条光天线的视野，那么另外一条光天线将接管。

• 精准定位
  

整个网络可以利用返回方向上传输的无线电信号，从而对于每个无线设备进行精准定位。

• 无需共享带宽
  

另外，增加设备也变得很简单，同一根光线天线给每个设备分配的波长不一样，所以无需共享带宽。

• 无干扰
  

更重要的是，不会像 Wi-Fi 网络一样接收到来自相邻网络的干扰。

• 频率高

现有的 Wi-Fi 无线电信号的频率在 2.5GHz 或者 5GHz。而这个新系统使用的红外线的波长在1500纳米或者更高，光线的频率会高出几千倍，有些可达200THz，所以使得数据传输能力强很多。

• 传输数据能力强
  

Joanne Oh 甚至实现了2.5米内42.8Gbit/s的传输速度。作为相对，荷兰的平均连接速度不到其2千分之一(17.6Mbit/s)。即使你有最好的Wi-Fi系统，速度也不会超过300Mbit/s，不到这项研究中无线网络速度的百分之一。

技术劣势

目前，该系统只可以使用光线进行了下载，上传仍然是使用无线电信号，因为大多数应用对于上传速度要求低较低。

其他研究

Koonen 的小组不是研究“室内光学无线网络”的唯一小组，国际上还有许多其他大学和研究所在研究通过室内LED灯光传输数据。然而，这些方法的瓶颈是带宽不高而且必须设备之间必须共享网络。

一些小组尝试使用移动镜面导引红外线，但是缺点是需要对镜面主动控制，会消耗能量，而且每个镜面一次只能引导一条光线。

Koonen 和 Oh使用的光栅能处理许多光线，因此可同时连接同台设备，互不干扰。

未来展望

博士生Oh 的工作，是更广泛的BROWSE项目的一部分，该项目由宽带通信技术 教授 Ton Koonen 领导，由欧洲研究委员会资助。Joanne Oh 专注于通过直接红外线的数据传输技术，其他博士生的工作包括所有无线设备的精确定位，和连接光天线的中央基础光纤网络研究。

Koonen 期望使用5年或者更长的时间，推广使用该技术，他认为首先连接这项新型无线通信技术的设备，应该是视频监控，笔记本或平板电脑，因为它们要求数据传输率较高。

参考资料

【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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