Dunia modern dengan cepat menjadi dunia nirkabel inframerah
Tele

Dunia modern dengan cepat menjadi dunia nirkabel inframerah


Contoh sistem komunikasi nirkabel optik dalam ruangan yang menggunakan sinar infra merah sempit. Kredit: Universitas Teknologi Eindhoven

Teknologi berbasis optik seperti serat optik sangat memengaruhi usia komunikasi kabel. Sekarang mereka tampaknya juga akan merevolusi komunikasi nirkabel dan memecahkan masalah utama dengan pendekatan berbasis radio tradisional dengan menggunakan pancaran sinar infra merah sempit yang dapat dikendalikan untuk mengirim sejumlah besar data ke perangkat pengguna secara individual dengan cara yang hemat energi dan aman. Para peneliti di Universitas Teknologi Eindhoven sedang mengembangkan metode baru untuk komunikasi nirkabel inframerah yang dapat mengubah cara kita mengakses data selamanya.

Dunia modern dengan cepat menjadi dunia nirkabel inframerah! Sampai saat ini mayoritas komunikasi nirkabel baik di dalam maupun di luar ruangan telah berbasis radio. Meskipun teknik modulasi sinyal dapat memasukkan lebih banyak data ke dalam spektrum frekuensi radio yang terbatas dan multiplexing spasial dapat menggabungkan beberapa sinyal data menjadi satu sinyal tanpa memerlukan lebih banyak spektrum, kami berjuang untuk memenuhi permintaan data kami yang tumbuh secara eksponensial.

Solusinya dapat berupa komunikasi nirkabel optik, yang menggunakan panjang gelombang optik pada rentang spektrum yang luas dari beberapa ratus nanometer hingga beberapa mikrometer yang mencakup radiasi tampak dan inframerah. Ton Koonen dan para peneliti di Institute for Photonic Integration sedang merancang sistem prototipe dengan kapasitas lebih dari dua ribu kali lipat dari sistem WiFi bersama saat ini. Mereka telah mempresentasikan pekerjaan mereka dalam makalah yang diundang untuk edisi bertema, “Komunikasi Nirkabel Optik,” dari Royal Society Transaksi Filosofis A, jurnal ilmiah berkelanjutan tertua di dunia. Makalah pertama Isaac Newton, “Teori Baru tentang Cahaya dan Warna,” diterbitkan di jurnal yang sama pada tahun 1672.

Dapat dikemudikan

Komunikasi nirkabel optik dengan berkas cahaya sempit memiliki banyak keuntungan; mereka mudah diarahkan, lebih hemat energi daripada gelombang radio, memiliki tingkat latensi yang lebih rendah (penundaan sebelum transfer data dimulai setelah perintah dikeluarkan untuk memulai transfer data), menyediakan kapasitas yang jauh lebih besar untuk tiap pengguna, dan memfasilitasi data yang lebih besar dan privasi komunikasi untuk pengguna.

Secara signifikan, komunikasi nirkabel infra merah dengan panjang gelombang melebihi 1400 nm aman untuk mata karena cahaya pada panjang gelombang ini tidak akan pernah bisa mencapai retina mata, karena diserap oleh kombinasi lensa dan cairan vitreous humor di dalam mata. Oleh karena itu, peraturan keselamatan mata memungkinkan sinar optik infra merah di ruang kosong membawa lebih banyak daya daripada berkas optik yang terlihat, yang menjadi pertanda baik dalam hal transmisi data.

Untuk komunikasi nirkabel dalam ruangan, sinyal inframerah pembawa data dapat dengan mudah diarahkan. Ini berarti bahwa pancaran individu dapat secara tepat diarahkan ke satu perangkat melalui tautan komunikasi yang tidak digunakan bersama untuk, misalnya, menyediakan 128 sinyal terpisah yang membawa hingga 112 Gbit s-1 per sinyal, seperti yang ditunjukkan di lab Koonen. Sebagai perbandingan, sistem WiFi bersama dapat menyediakan maksimum 7 Gbit s-1, lebih dari tiga kali lipat lebih kecil dari sistem inframerah yang dapat dikendalikan.

Hemat energi

Dalam sistem nirkabel infra merah dalam ruangan mereka, balok dibawa oleh serat optik yang berasal dari pengontrol komunikasi pusat (CCC). Ketika sinar mencapai ruangan, mereka dikirim ke perangkat yang dituju menggunakan antena pemancar pensil (PRA) berbasis langit-langit. Namun, kelemahan dengan komunikasi nirkabel infra merah adalah membutuhkan garis pandang yang jelas (LoS) antara PRA dan perangkat penerima, jika tidak pancaran tidak dapat mencapai perangkat. Oleh karena itu, beberapa PRA disertakan untuk mengirimkan sinyal dari arah yang berbeda jika tidak ada LoS.

Efisiensi energi dalam proses kemudi dipastikan dengan menggunakan pendekatan pasif untuk mengarahkan sinar inframerah. Pendekatan semacam itu tidak memerlukan daya eksternal, dan dapat memberikan kecepatan kemudi yang lebih cepat dan lebih mudah untuk ditingkatkan. Salah satu pendekatan tersebut melibatkan penyetelan panjang gelombang cahaya dalam kombinasi dengan fungsi difraksi panjang gelombang. Kisi dirancang untuk mendifraksi panjang gelombang tertentu ke arah tertentu, di mana jumlah panjang gelombang, dan balok terkait, dibatasi oleh rentang penyetelan pemancar dioda laser.

Menerima sinyal, menemukan perangkat dan demonstrasi praktis

PRA dapat mengirimkan sinyal inframerah, tetapi penerima optik juga diperlukan untuk mendeteksi sinyal pada perangkat. Koonen dan timnya telah mengembangkan penerima optik berdasarkan teknologi optik terintegrasi. Penerima menangkap sinar yang masuk menggunakan kisi, yang kemudian mengirimkan sinyal sepanjang pandu gelombang dan akhirnya menjadi fotodioda berkecepatan tinggi.

Tentu saja, sistem beam steering tidak akan efektif jika tidak dapat menemukan posisi perangkat pengguna dengan benar. Oleh karena itu, sistem perlu mengumpulkan informasi tentang posisi perangkat sebelum mengirimkan sinyal. Untuk memfasilitasi ini, tim menempatkan empat LED cahaya tampak di sekitar penerima optik pada perangkat dan kamera di langit-langit. Setiap perangkat diberi urutan berkedip unik dari LED, yang direkam oleh kamera dan kemudian dianalisis dengan modul Raspberry PI. Pendekatan lain yang dipertimbangkan oleh kelompok tersebut melibatkan pemindaian area pengguna dengan sinar pencarian dan memantau cahaya yang dipantulkan di PRA.

Untuk mendemonstrasikan kelayakan sistem mereka, Koonen dan timnya membangun pengaturan laboratorium yang terdiri dari PRA, detektor lokalisasi, penerima optik, dan pengontrol komunikasi pusat (CCC). Dengan menggunakan sistem tersebut, mereka mendemonstrasikan transfer waktu nyata dari dua video HD dari satu pasang monitor ke monitor lainnya. Kumpulan data video dilakukan dalam 10 Gbit s-1 aliran. Secara tidak langsung, transfer sinyal terjadi dengan latensi yang sangat rendah. Untuk memperhitungkan setiap perubahan posisi perangkat, para peneliti menyertakan sistem micro-electrical mechanical system (MEMS) optical cross-connect (OXC) untuk menjaga komunikasi PRA dengan perangkat.

Dunia modern dengan cepat menjadi dunia nirkabel inframerah

Peragaan sistem komunikasi nirkabel inframerah di lab Ton Koonen.

Sistem hibrida: radio dan inframerah

Meskipun komunikasi nirkabel infra merah memiliki banyak keunggulan, ia tidak akan sepenuhnya menggantikan komunikasi nirkabel berbasis radio karena komunikasi optik memerlukan line-of-sight. Diperkirakan bahwa nirkabel optik akan mendukung jaringan berbasis radio dan menyediakan infrastruktur yang diperlukan untuk menangani paket data intermiten berkecepatan rendah yang terkait dengan perangkat yang merupakan bagian dari Internet of Things. Mengingat cara kami menggunakan perangkat, ada permintaan yang lebih besar untuk kapasitas hilir yang lebih besar daripada kapasitas hulu. Sistem hybrid yang terdiri dari komunikasi nirkabel beam-steered untuk hilir dengan perangkat berbasis radio untuk hulu akan memungkinkan pengguna untuk memanfaatkan keunggulan kedua teknologi tersebut.

Penerapan pendekatan ini dapat mencakup pengaturan nirkabel di mana layanan instan berkapasitas tinggi diperlukan, komunikasi yang sangat aman dan pribadi diperlukan, atau kasus di mana terdapat keberatan serius terkait dengan interferensi elektromagnetik. Dalam hal situasi dalam ruangan, pendekatan ini dapat digunakan di rumah hunian, rumah sakit, gedung perkantoran, ruang konferensi, museum, ruang tunggu di bandara, pesawat terbang, di kereta atau bus, ruang pameran, atau pusat perbelanjaan.

Meskipun komunikasi nirkabel inframerah mungkin menjadi hal biasa dalam waktu dekat, ini bukan waktunya untuk mengucapkan selamat tinggal pada komunikasi berbasis radio. Sebaliknya, inovasi seperti yang dilakukan Koonen dan tim di Eindhoven University of Technology dapat menandai masa depan di mana komunikasi nirkabel inframerah dan teknologi berbasis radio bersatu untuk memenuhi permintaan pemrosesan data online kami yang terus berkembang. Dan kemudian akan menjadi waktu untuk benar-benar merangkul dunia, tanpa kabel.


Wi-Fi pada sinar cahaya — 100 kali lebih cepat, dan tidak pernah kelebihan beban


Informasi lebih lanjut:
Ton Koonen dkk. Komunikasi nirkabel berkapasitas sangat tinggi melalui sinar optik sempit yang digerakkan, Transaksi Filsafat Royal Society A: Matematika, Fisika dan Ilmu Teknik (2020). DOI: 10.1098 / rsta.2019.0192

Disediakan oleh Universitas Teknologi Eindhoven

Kutipan: Dunia modern dengan cepat menjadi dunia nirkabel, inframerah (2020, 4 Juni) diakses 27 November 2020 dari https://techxplore.com/news/2020-06-modern-world-fast-wireless-infrared.html

Dokumen ini memiliki hak cipta. Selain dari transaksi yang adil untuk tujuan studi atau penelitian pribadi, tidak ada bagian yang boleh direproduksi tanpa izin tertulis. Konten disediakan untuk tujuan informasi saja.


Halaman Ini Di Persembahkan Oleh : Pengeluaran SDY