光速Wi-Fi

　　使用反射紅外線(xiàn)代替無(wú)線(xiàn)電波在空氣中傳輸數據的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，已經(jīng)達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，尤其適合醫院、飛機和工廠(chǎng)使用，在這些區域中，射頻傳輸會(huì )干擾導航設備、醫療器械或控制系統。另一種潛在應用是用于家庭影院的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò );該系統每秒要傳輸1.6Gb的數據，從而能夠在房間內傳播兩個(gè)獨立的高清電視頻道，超出所有現存的無(wú)線(xiàn)電系統的帶寬。

　　亮點(diǎn)：這個(gè)實(shí)驗系統每秒可以傳輸1Gb的數據。紅外激光(右邊的黑色設備)被用于傳輸數據。

　　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)，建造并測試了這個(gè)實(shí)驗系統。他們的裝置通過(guò)調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器收集反射光，從而使數據在房間里傳輸。兩位搭檔說(shuō)他們的測量結果顯示，該系統能夠支持的數據傳輸速度“遠遠超出”他們現在宣稱(chēng)的1Gb/s。

　　“這或許會(huì )成為下一代無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，”加州大學(xué)河濱分校的電機工程教授徐正元(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)校區里無(wú)線(xiàn)光通信研究人員的協(xié)會(huì )。“光將帶來(lái)比無(wú)線(xiàn)電射頻更高的數據速率，而且無(wú)線(xiàn)電射頻的頻譜已經(jīng)十分擁擠。”

　　光無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )還可以比無(wú)線(xiàn)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(xiàn)電信號可以穿透墻壁和房門(mén)，然而光不可以，使得它易于進(jìn)行頻率復用，并且難以攔截傳輸。他還指出與無(wú)線(xiàn)電射頻不同，各類(lèi)光——紅外線(xiàn)、可見(jiàn)光、紫外線(xiàn)——的光譜區均沒(méi)有受到全球管制。這使得光無(wú)線(xiàn)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)始研究室內光通信，當時(shí)IBM蘇黎世實(shí)驗室的工程師們建立了首個(gè)工作系統。該技術(shù)停滯不前是因為當時(shí)互聯(lián)網(wǎng)仍處于嬰兒期，也不存在對無(wú)線(xiàn)寬帶系統的需求——直到近幾年它的吸引力才再度開(kāi)始顯現。

　　凱夫拉德的演示是迄今為止論證過(guò)的室內無(wú)線(xiàn)光網(wǎng)絡(luò )中速度最快的，塔夫茨大學(xué)的電子與計算機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)現的傳輸距離，以及他們使用漫射光而不是點(diǎn)對點(diǎn)的光系統，都是非常重要的。“對室內光信號高速傳輸能力的論證存在著(zhù)許多挑戰，”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，這項成果的意義相當重大。它大大降低了收發(fā)系統的復雜性。”

　　凱夫拉德和法德魯拉建造的實(shí)驗系統使用低能量的紅外激光，防止對眼睛或皮膚的潛在傷害。他們通過(guò)一個(gè)透鏡聚焦光線(xiàn)，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(xiàn)探測器，叫做雪崩式光敏二極管，來(lái)收集從天花板反射的光線(xiàn)。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。

　　自由空間光通信網(wǎng)絡(luò )早已用于遠距離的寬帶數據傳輸，但是激光的高能量、對視線(xiàn)無(wú)阻擋的要求和接收器與發(fā)送器之間極其精確的對準要求，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準，更適用于室內通信。凱夫拉德說(shuō)他們的系統也能使用可見(jiàn)光和紫外線(xiàn)像紅外線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)數據協(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(xiàn)通信的技術(shù)標準。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標準。而為無(wú)線(xiàn)個(gè)人區域網(wǎng)絡(luò )設置標準的IEEE 802.15工作組，正在創(chuàng )建使用可見(jiàn)光的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的標準，法德魯拉說(shuō)。

　　凱夫拉德說(shuō)在光無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )成為現實(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)驗系統中，使用的激光、發(fā)射器和接收器并非設計用于通信用途;所有這些設備必須為數據聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化。然而，凱夫拉德說(shuō)，如果用于室內照明的白色LED燈的開(kāi)發(fā)繼續保持它現在的速度，那么三年內就可能出現可用的無(wú)線(xiàn)光網(wǎng)絡(luò )。“主要限制因素將是行業(yè)及其政策，以及消費者的需求，”他說(shuō)。