瑞士苏黎世联邦理工大学用毫米波技术解决“最后一英里”问题

  瑞士苏黎世联邦理工学院的研究人员们开发出一种新型调制器。采用这种调制器,通过毫米波形式传输的数据可直接转化到在光纤中传输的光脉冲中。通过这项技术,从核心网到用户家庭终端设备之间的通信连接,将显着地变快变便宜。

  背景

  光波的高频振荡,使之非常适合高速数据通信。通过光纤发送的光波,每秒可轻松地携带几百吉比特(Gigabits)的数据。1吉比特相当于10^9比特。

  然而,随着光纤通信网络的不断发展,“最后一英里(Last-mile)“问题,成为了困扰着许多用户与电信运营商的主要问题之一,也成为了光纤通信迈向更高速度的主要瓶颈。

  立思辰留学360介绍,什么是“最后一英里”问题?最早,它是指电信服务商在公用模拟电话通信网建设中接入工程的入户部分。后来的光纤时代,“最后一英里”是指从光节点到每个用户家庭之间不大于2公里的距离。由于光纤可提供达几百Gbps的带宽,而传统电话线只能提供几十Kbps的带宽。因此,从光纤核心网到用户终端之间的狭窄信息通道,成为了接入网络的带宽“瓶颈”,导致信息传输速度放缓。也可以这么说,“最后一英里”是最难走、最昂贵的。

  如今,一些可供选择的解决方案纷纷出现,例如4G、5G移动通讯。虽然这些方案的成本变得更低,但是它们却无法同时提供极高的数据传输速率给所有用户。可是,这种高速数据传输,正是当今“数据饥渴型”应用(例如流媒体电视)所需要的。

瑞士苏黎世联邦理工大学用毫米波技术解决“最后一英里”问题

  创新

  近日,瑞士苏黎世联邦理工学院( ETH Zurich)电磁场研究所的教授 Jürg Leuthold 及其合作伙伴们,得到了位于美国西雅图的华盛顿大学的同事们的支持,开发出一种新型光调制器。未来,这种光调制器将通过“高频微波”,也称“毫米波”,高效且低成本地覆盖“最后一英里”,以实现高速数据传输。

  技术

  由光纤中的光线强度变化编码而成的数据,想要很快地转移到毫米波上,离不开昂贵的电子元器件。从相反方向来说,毫米波首先必须被天线接收,然后被放大并混合到基带上,最后注入到光调制器中。光调制器会将毫米波中包含的数据反过来转化成光脉冲。

  Leuthold 及其同事们成功地构造出一个无需电池和电子器件就可以工作的光调制器。为这种新型调制器开发作出重要贡献的博士生 Yannick Salamin 表示:“这使得我们的调制器完全独立于外部的电源,而且最重要的是它非常小。因此,原则上,它可以安装在任何灯杆上。在那里,它可以通过来自个人住宅的毫米波信号接收数据,并将其直接反馈进核心网。”

瑞士苏黎世联邦理工大学用毫米波技术解决“最后一英里”问题,3956072655&fm=173&app=49&f=JPEG?w=640&h=307&s=FD6A0AD0526049036E9AA854030090FA

毫米波(红色箭头)传输的数据直接被转化为光纤中的光脉冲(黄色)

  苏黎世联邦理工学院打造的调制器,由一个尺寸小于1毫米的芯片组成,芯片中也含有微波天线。天线可以接收毫米波,并将它们转化为电压。然后,电压会作用在芯片中心的狭缝上,这里其实是调制器的心脏。狭缝的长度仅为几微米,宽度少于几百纳米,其中填充着一种对于电场特别敏感的材料。来自光纤的光束被送入狭缝中。然而,光线在狭缝内部传输的情况,与光纤或者空气中传输的情况不同,它不再是一种电磁波,而是一种所谓的“等离激元”。等离激元是由电磁场与金属表面的电荷振荡混合而成。由于这一特性,它们能比光波“密闭”得更加“紧凑”。

  有了狭缝内的电敏感(“非线性”)材料的保障,即使天线制造出最微小的电场,也将强烈地影响等离激元的传播。当等离激元在狭缝的另一端被转化为光波时,这种对于波的振荡相位施加的影响会得以保存。通过这种方式,毫米波包含的数据比特被直接转化到光波上,无需使用电子器件,也无需任何外部电源。在实验室,研究人员们采用 60 GHz 毫米波信号进行实验,演示了跨越5米的数据传输速率可达10 Gbps,跨越1米则可达 20 Gbps。

瑞士苏黎世联邦理工大学用毫米波技术解决“最后一英里”问题,909125820&fm=173&app=49&f=JPEG?w=640&h=320&s=26C3D816BFE255031E645C7C0300D030

在新型调制器中,毫米波信号(蓝色)被天线接收,并在中间的微小狭缝中被转化为光信号(红色)。(图片来源:ETH Zurich / Jürg Leuthold)

瑞士苏黎世联邦理工大学用毫米波技术解决“最后一英里”问题,17577859&fm=173&app=49&f=JPEG?w=640&h=449&s=5000B61B4F0470CC86C8C15A03004073

设备的结构与性能

瑞士苏黎世联邦理工大学用毫米波技术解决“最后一英里”问题,1337948593&fm=173&app=49&f=JPEG?w=640&h=370&s=8F50E01311D161CC5EE880CA0100E0B3

光纤-无线与无线-光纤连接实验

瑞士苏黎世联邦理工大学用毫米波技术解决“最后一英里”问题,373317422&fm=173&app=49&f=JPEG?w=640&h=416&s=D0C1F01AC020DCB20CD2A1CF0300F0BF

实验结果

  价值

  除了十分微小的尺寸以及几乎可忽略的功耗,这种新型调制器还具有一系列更多的优势。Leuthold 强调:“直接从毫米波转移至光波,使得我们的调制器在频率和数据编码的精确格式方面更加灵活。”实际上,调制器已经能兼容新的5G技术,以及基于毫米波与300 GHz的太赫兹频率的未来工业标准,并且数据传输速率可达 100 Gbps。更进一步说,它可以采用传统的硅技术来制造,所以成本相对较低。

  最后,Leuthold 表示,对于电磁辐射感到担忧的用户可以放心。WiFi 调制解调器(俗称“猫”)产生的无线电波或者微波,是均匀地朝着所有方向传播。而毫米波则不同,它能被强聚焦地传输至室外,并且只在屋顶天线与灯杆之间的直径为20厘米的波束中传输。相比于其它无线技术,这项技术很大程度上减少了传输所需的功率,也避免了 WiFi 调制解调器的信号在传输过程中相互妨碍所带来的问题。

(一)立思辰留学文章有大量转载的图片、文章,仅代表作者个人观点,与上海叁陆零教育投资秒速时时彩无关。其原创性以及文中陈述文字和内容未经本站证实,对本文以及其中全部或者部分内容、文字的真实性、完整性、及时性本站不作任何保证或承诺,请读者仅作参考,并请自行核实相关内容。
(二)转载出于非商业性学习目的,在于传递更多信息,站内图片、文章版权归原作者所有。如涉及作品内容、版权和其它问题,请在10个工作日内与立思辰留学联系,我们将立即删除。
(三)立思辰留学,隶属于上海叁陆零教育投资秒速时时彩,中国A股上市公司立思辰科技成员企业,代码:300010。主要从事互联网留学在线办理、教育投资以及海外大学推广,是全球互联网留学开拓者,公司与美国、加拿大、英国、澳洲、新西兰、爱尔兰、瑞士、新加坡、马来西亚、泰国等30多个国家的800多家教育机构签约建立合作关系,协议覆盖3000多所海外大中小学,拥有经验丰富的留学咨询专家组成的留学专家团,高效有序的留学咨询系统和安全快捷的后勤保障队伍,为留学生提供从咨询、申请、签证、接机及住宿等留学一条龙服务。公司已为数万名中国学生提供了留学咨询和院校申请。
[瑞士苏黎世联邦理工大学用毫米波技术解决“最后一英里”问题] 文章生成时间为:2019/10/13 14:57:07
转发: qzone空间 QQ微博
苏黎世联邦理工学院|Zurich Federal Polytechnic University
  • 院校名称:苏黎世联邦理工学院
  • 学校类型:大学大学
  • 建校时间:1854年
  • 本国排名:1全球排名:12
  • 学生人数:14116人
  • 地理位置:瑞士苏黎世州
  • 院校地址:Eidgenössische Technische Hochschule Zürich, Zurich, Canton of Zurich, Switzerland
  • 中文介绍:http://school.star1990.com/ch/ethz/
  •   苏黎世联邦理工学院成立于1854年,由瑞士政府直接管理。直到1969年,她仍然是瑞士唯一一所国际性大学。今天,她的学生数已达到14116人,并和洛桑联邦理工一起成为瑞士最... [详细介绍]

立思辰留学专家答疑 - 让专家主动与你联系!

为了节省您的查找时间,请将您要找的信息填写在表格里,留下您的联系方式并提交,我们的顾问会主动与您联系。

更多

瑞士推荐院校

江苏快3 北京赛车微信二维码进群玩 安徽快3 北京赛车时间表 秒速时时彩 安徽快3 安徽快3 秒速时时彩 福利彩票北京赛车 秒速时时彩开奖