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傳輸速率破1Gbps 紅外線光通訊大有可為
 

【CTIMES/SmartAuto 鍾榮峰 報導】   2010年03月23日 星期二

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是的,高速傳輸科技日新月異。現在高速無線光通訊技術又有新的突破。美國賓夕法尼亞州立大學的研究團隊,已經成功研發出傳輸速率可達1Gbps的高速紅外線光傳輸技術。

這個技術是利用反射紅外線(reflected infrared light)光代替無線電波(radio waves)傳輸資料的無線網路,不必採用多重輸入多重輸出(MIMO)和動態數位聚束(dynamic digital beamforming)技術,便可達到1Gbps傳輸速度的境界,可比既有存在使用的Wi-Fi網路速度快上6~14倍。

這個技術是由賓夕法尼亞州立大學的研究生Jarir Fadlullah、和電機工程教授兼資訊通訊技術研究中心主任Mohsen Kavehrad,共同建造並測試的實驗系統。這個紅外線光通訊系統裝置,是藉由調變一束聚焦在天花板上的紅外光,同時使用一種特別改裝的光電探測器(modified photodetector)收集反射光,讓資料在房間裏得以傳輸。Mohsen Kavehrad和Jarir Fadlullah表示,他們的測試數據結果還顯示,此紅外線Wi-Fi系統能夠支援的資料傳輸速度「遠遠超出」(well beyond)現在所宣稱的1Gbps。

他們是利用低能量的紅外線雷射來建造實驗系統,防止紅外線對眼睛或皮膚的傷害風險。他們藉由一個透鏡來聚焦光線,在天花板上形成一橢圓形的光點,然後使用高靈敏度的雪崩式光電二極體(avalanche photodiode)光線探測器,收集從天花板反射的光線。同時他們使用一個塑膠的立體透鏡(holographic lens),從天花板光點收集足夠的反射光,並將它聚焦在光電二極體的感光區域。藉由使用這些透鏡,他們便能夠在一個面積為長8公尺、寬4公尺的房間內傳輸1Gbps的紅外線光訊號。

這種光網路可提供更快更安全的通訊技術,適合應用在醫院、航空和工業環境,因為在這些區域內,射頻傳輸會干擾敏感的導航設備、醫療器材或自動控制系統。另一個具有潛力的應用領域則是在數位家庭劇院的無線網路。這次的紅外線光通訊技術,是使用散射光(diffuse light)而非是點對點的光收發系統,能夠用散射光展示傳輸速率可達1Gbps的光通訊能力,意義相當重大。這個低能量散射光方法,不需要非常精確對準也可接收到訊號,可減少光收發系統的複雜度,因此更適用於室內通訊。

目前高速無線傳輸高畫質視訊的規格主要是以利用毫米波60GHz頻段的WirelessHD和WiGig標準正在激烈競爭,還有使用5GHz頻譜的WHDI。以往60GHz是用來傳遞遠距離的軍事機密通訊,現在可應用在客廳家庭無線傳輸高畫質視訊應用上。不過高能量的雷射、以及LoS(line of sight)必須毫無阻礙的要求、加上接收器與收發器之間必須精準對位才能收到訊號,限制了60GHz的可用性。這項紅外線光通訊技術有相當大的機會加入這場競賽。

現在無線射頻可使用的頻段已經非常擁擠,光無線通訊將開展另一扇窗,讓無線通訊技術邁向另一新的境界。比起無線電網路(radio-frequency networks),光無線網路(optical wireless networks)具備更小的干擾和更高的安全性。不過Mohsen Kavehrad指出,無線電訊號可以穿透牆壁和房間門,但光通訊就沒辦法了。反過頭來這樣的傳輸特性,讓光通訊頻譜得以重複使用,並且難以被攔截。這與指向性高的60GHz毫米波傳輸應用,則有異曲同工之妙。

更重要的是,Mohsen Kavehrad指出,不像無線射頻頻譜備受各國政府程度不一的通訊管制,包括紅外線、可見光、和紫外線等各類光譜,尚未受到全球管制。 這便創造了光無線網路商業化的良好條件。

例如今年初利用白光LED的LED可見光通訊技術也有新的突破,德國西門子(Siemens)和德國Heinrich Rudolf 研究所的科學家便成功合作提高傳輸速率至500Gbps。其即利用螢光燈或是白光LED等室內照明設備,發出肉眼感覺不到的高速明暗閃爍的訊號,以無線方式來傳輸資料。採用可見光是因為波長範圍大,透過設計將可見光訊號用不同的波長進來進行傳輸。LED可見光通訊的優點也是可避免一般無線區域網路(WLAN)或高頻無線傳輸的電磁波對人體與周邊電子設備造成干擾的影響,並且可代替無線基地台,同時具備安全性高的特點。Mohsen Kavehrad便認為,按照白光LED既定的發展進度,三年內便有可能出現可實用化的無線光通訊網路。

現在包括Intel、InterDigital、Siemens、Sony、Samsung、Mitsubishi和Sanyo等都在研發光無線網路,其中幾家公司正是紅外線數據協會(Infrared Data Association;IrDA)的成員,此協會就是正在開發紅外線無線通訊的技術標準。IrDA最近宣佈了GigaIR標準,可在極短距離的LoS內,以紅外線達到1Gbps的傳輸速率。而為WPAN網路設置標準的IEEE 802.15工作小組,也正在規劃使用可見光的無線網路。

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