使用窄红外光束的室内光学无线通信系统的一个例子
光纤等基于光学的技术极大地影响了有线通信时代。现在，他们似乎也将彻底改变无线通信，并通过使用可操控的、狭窄的红外光束，以节能和安全的方式向用户设备发送大量数据，解决传统的基于无线电的方法的关键问题。埃因霍温理工大学的研究人员正在开发红外无线通信的新方法，这可能会永远改变我们获取数据的方式。
现代世界正迅速成为一个无线、红外的世界!到目前为止，大多数的无线通信，无论是室内还是室外，都是以无线电为基础的。尽管信号调制技术可以将更多的数据压缩到有限的无线电频谱中，而空间多路复用技术可以在不需要更多频谱的情况下将多个数据信号组合成一个信号，但我们正努力满足指数级增长的数据需求。
解决方案可能是光无线通信，它使用宽光谱范围的光波长，从几百纳米到几微米，包括可见光和红外辐射。光子集成研究所的Ton Koonen和研究人员正在设计的原型系统，其容量是目前共享WiFi系统的2000多倍。他们在皇家学会《哲学学报A》的主题期刊“光无线通信”上发表了他们的研究成果，该期刊是世界上现存最古老的科学期刊。艾萨克·牛顿的第一篇论文《关于光和颜色的新理论》于1672年发表在同一份杂志上。
可操纵的
窄光束光无线通信具有许多优点;它们易于定向，比无线电波更节能，具有更低的延迟级别(在发出开始数据传输的命令后开始数据传输之前的延迟)，为每个用户提供更大的容量，并为用户提供更大的数据和通信隐私。
值得注意的是，波长超过1400纳米的红外无线通信对眼睛是安全的，因为这些波长的光线被眼睛内的晶状体和玻璃液体的混合物吸收，因此无法到达眼睛的视网膜。因此，眼睛安全条例允许在自由空间的红外光束比可见光光束携带更多的能量，这对数据传输是个好兆头。
对于室内无线通信，携带数据的红外信号易于操纵。这意味着单个梁可以精确地指向一个设备通过一个非共享的通信链接,如提供128个独立的信号携带112 Gbit s - 1 /信号,如Koonen的实验室所示。相比之下,共享无线系统可以提供最多7 Gbit的s - 1,超过三个数量级低于可操纵的红外系统。
能源效率
在他们的室内红外无线系统中，光束由中央通信控制器(CCC)发出的光纤传输。当光束到达一个房间时，它们会通过基于天花板的铅笔辐射天线(PRA)传输到预定的设备上。然而，红外无线通信的一个缺点是，它要求PRA和接收设备之间有一个清晰的视线(LoS)，否则光束无法到达设备。因此，在没有LoS的情况下，采用多个PRAs从不同方向传输信号。
在转向过程中的能源效率是确保使用被动方法来引导红外光束。这种方法不需要外部动力，可以提供更快的转向速度，更容易扩大。其中一种方法是结合波长衍射函数来调整光的波长。光栅被设计成在某一特定方向衍射某一波长，其中波长的数目和相关的光束受到激光二极管发射器的调谐范围的限制。
接收信号，定位设备和实际演示
该PRAs可以传输该红外信号，但也需要一个光接收器，以检测该信号在装置。Koonen和他的团队已经开发了一种基于集成光学技术的光接收器。接收器使用光栅捕获入射光束，然后将信号沿波导发送，最后进入高速光电二极管。
当然，如果波束控制系统不能正确定位用户设备的位置，它将是无效的。因此，在发送信号之前，系统需要收集设备的位置信息。为了实现这一点，该团队在设备的光接收器周围放置了四个可见光led，并在天花板上放置了一个摄像头。每个设备都有一个独特的led闪烁序列，摄像机会记录下来，然后用树莓派模块进行分析。小组考虑的另一种方法是用搜索光束扫描用户区域，并在PRA处监测反射光。
为了证明他们的系统的可行性，Koonen和他的团队建立了一个由PRAs、定位探测器、光学接收器和中央通讯控制器(CCC)组成的实验室。利用这个系统，他们演示了两个高清视频从一对显示器到另一对显示器的实时传输。视频数据集以10gbit s-1流携带。命令式地，信号传输以非常低的延迟发生。为了考虑设备位置的任何变化，研究人员包括一个微电子机械系统(MEMS)光交叉连接(OXC)，以保持PRA与设备的通信
在Ton Koonen的实验室演示红外无线通信系统。
一个混合系统:无线电和红外线
虽然红外无线通信有很多优势，但它不会完全取代基于无线电的无线通信，因为光通信需要视线。据设想，光无线将支持基于无线电的网络，并提供必要的基础设施来处理与物联网设备有关的低速间歇数据包。考虑到我们使用设备的方式，对更大的下游产能的需求大于上游产能。由波束控制的下游无线通信和基于无线电的上游设备组成的混合系统将允许用户利用两种技术的优点。
这种方法的应用可能包括需要即时高容量服务的无线设置、需要高度安全和私人通信的情况，或对电磁干扰有严重异议的情况。就室内情况而言，这种方法可以用于住宅、医院、办公楼、会议室、博物馆、机场候机室、飞机、火车或公共汽车、展厅或购物中心。
虽然红外无线通信可能成为在不久的将来，它不是告别无线电通信的时候。相反，像库宁和埃因霍温理工大学的团队这样的创新，可能预示着红外无线通信和基于无线电的技术联合起来，以满足我们日益增长的在线数据处理需求的未来。然后，我们就可以通过无线网络真正拥抱这个世界了。