Безжичната оптична връзка в закрити помещения постигна нови рекорди по скорост и ефективност

Безжичните оптични мрежи обещават да облекчат работата на Wi-Fi в закрити помещения, включително и в дома. Новата технология няма да измести мобилната връзка и обичайните Wi-Fi точки за достъп, но може да реши проблема с липсата на скорост за редица задачи и да спести енергия.

За пробива в разработката на системи за безжична оптична връзка на данни съобщиха инженерите от Международното общество по оптика и фотоника (SPIE). Те са разработили компактен чип с масив от миниатюрни полупроводникови лазери (VCSEL, Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser), който за предаване на данни използва светлина вместо радиовълни. При лабораторни тестове системата достигна рекордна скорост от 362,7 Gbit/s, което значително надвишава възможностите на традиционните Wi-Fi и мобилни мрежи.

Важно е, че енергийната ефективност на предложеното решение се оказа два пъти по-висока от тази на радиовръзките: за един бит информация се изразходваха приблизително 1,4 nJ (наноджаула), което ще позволи значително да се намали потреблението на енергия в условията на нарастващо натоварване на мрежите.

В основата на технологията стои чип с размери по-малки от милиметър, снабден с матрица от лазери 5×5, където всеки елемент работи независимо и предава отделен поток от данни.

Специална оптична система с микролещи формира насочеността на всеки лъч, създавайки равномерна мрежа от осветени зони на разстояние до два метра без взаимни смущения (експериментът беше проведен в обикновено помещение с разстояние от два метра между предавателя и приемника). Матрицата от предавателни светодиоди позволява едновременно обслужване на няколко потребители в едно помещение.

Модулацията на сигнала с използване на множество честотни канали осигури висока пропускателна способност – до 362,7 Gbit/s при работещи 21 от 25 светодиода. Скоростта на предаване можеше да бъде дори по-висока, но беше ограничена от евтиния фотоприемник, който беше използван в експеримента.

Компактните размери на предавателния чип позволяват той да бъде вграден в точки за достъп, осветителни тела и където и да е, осигурявайки високоскоростна връзка в непосредствена близост до потребителя. Ако потребителите са няколко, то в многоканален режим всеки от тях ще получи своя част от високоскоростния трафик, което в експеримента беше потвърдено при организирането на четири отделни канала за връзка с впечатляваща пропускателна способност. При това скоростта на работа на всеки от лазерите на матрицата достигаше 19 Gbit/s.

Разработчиците подчертават, че оптичната връзка не е подложена на проблеми с интерференцията, характерни за радиочестотите, което е особено важно за претоварени помещения — офиси, болници, центрове за данни и жилищни пространства. Новата технология няма да замести Wi-Fi или мобилната връзка, а ще ги допълни, като отнеме основната натоварване от радиокомпонентите на мрежата в затворени помещения. Тя ще проправи пътя към по-бързи, сигурни и екологични безжични мрежи на бъдещето, където високоскоростният интернет за видео, виртуална реалност и IoT устройства ще стане норма при минимална консумация на енергия.