“天花板平面”上的红外天线元件和“焦点”的接收器 图片来源：Sharadhi Gunathilake 和 Malin Premaratne

想象一下，在未来，室内无线通信系统可以处理飙升的数据需求，并以无与伦比的可靠性和速度做到这一点。Wi-Fi 和蓝牙等传统射频 （RF） 技术受到带宽有限和信号拥塞加剧的困扰，开始陷入困境。

一种新的解决方案正在出现：光无线通信 （OWC），以满足对更快、更可靠通信的不断增长的需求。这就是我们的研究介入的地方。

通过利用红外 （IR） 技术，我们开发了一种先进的系统，可提供稳健、无干扰的信号传输。我们的工作引入了一种变革性的方法，可以提高性能并解决传统 RF 系统面临的一些最大挑战。

我们的研究发表在 IEEE Journal of Lightwave Technology 上。

我们创新的核心是一个革命性的概念——“相控阵中的相控阵”——它在技术执行上与量子叠加原理平行。正如量子叠加允许粒子以状态组合存在，其行为由它在给定时间所呈现的状态决定一样，我们的系统通过嵌套在较大阵列中的较小、复杂的光学天线阵列运行。

这些天线在平坦的表面上精心对齐，它们的共同行为产生了协同效应，以前所未有的精度放大和锐化 IR 信号。

我们的系统不依赖于容易受到干扰或阻碍视线的障碍物的单个发射器，而是利用多个发射元件集群。这种冗余类似于叠加中的重叠量子态，确保信号即使在复杂环境中也能保持清晰度和可靠性。

我们的方法与众不同的是使用了双传输波长，从而优化了信号聚焦和稳定性。即使集群之间的间距较大，这种多集群配置也能实现卓越的光束精度，并显著降低信号衰落的风险。

除了信号性能之外，能源效率也是我们系统的核心特征。为了优化资源使用，我们采用了蚁群优化 （ACO） 算法。受蚂蚁寻找食物的启发，该算法智能地指示系统仅激活传输所需的集群，例如关闭不必要的灯以节省电力。

传统的无线系统往往会通过持续为整个网络供电来浪费能源，即使在不需要的时候也是如此。我们的 ACO 驱动方法通过选择性地停用空闲集群、大幅削减运营成本并最大限度地减少对环境的影响，大大降低了这种能耗。随着世界转向更绿色、更可持续的技术，这一点至关重要。

我们的研究为光无线网络的新可能性打开了大门，为通信技术的未来发展奠定了基础。从可靠和安全通信至关重要的医疗保健环境，到工业和办公空间，该系统的潜在应用非常广泛。

重要的是，我们的相控阵设计不仅限于红外波长。我们开发的原理可以适用于其他波长，随着技术的发展提供多功能性和可扩展性。

这不仅仅是实现更快的速度或更好的性能。它旨在重塑我们的连接和通信方式，为未来实现更顺畅、更高效、更可持续的无线网络。

这个故事是 Science X Dialog 的一部分，研究人员可以在其中报告他们发表的研究文章的发现。请访问此页面，了解有关 Science X Dialog 以及如何参与的信息。

更多信息：Sharadhi Gunathilake 等人，使用红外辐射元件簇和相控阵孔径提高光无线网络的传输效率，《光波技术杂志》（2024 年）。DOI： 10.1109/JLT.2024.3462754

Sharadhi Gunathilake 于 2017 年获得斯里兰卡莫拉图瓦大学电子和电信工程 B.Sc（一等荣誉）.在电信行业工作了五年后，她目前是博士生，是莫纳什大学电气和计算机系统工程系高级计算和模拟实验室的成员。 澳大利亚，在 Malin Premaratne 教授的指导下。她的研究兴趣包括光无线通信和相控阵波束成形算法设计。

Malin Premaratne 在墨尔本大学获得了多个学位，包括数学 B.Sc、电气和电子工程学士学位（一等荣誉）以及 1995 年、1995 年和 1998 年的博士学位。自 2004 年以来，他一直在克莱顿莫纳什大学高级计算和仿真实验室领导高性能计算应用到复杂系统仿真的研究项目，目前担任正教授。除了在莫纳什大学的工作外，Premaratne 教授还是多家著名机构的访问研究员，包括加州理工学院喷气推进实验室、墨尔本大学、澳大利亚国立大学、加州大学洛杉矶分校、纽约罗切斯特大学和牛津大学。他发表了 250 多篇期刊论文和两本书，并担任多家领先学术期刊的副主编，包括 IEEE Photonics Technology Letters、IEEE Photonics Journal 和 Advances in Optics and Photonics。Premaratne 教授对光学和光子学领域的贡献得到了众多奖学金的认可，包括美国光学学会 （FOSA）、美国光电仪器工程师协会 （FSPIE）、英国物理研究所 （FInstP）、英国工程技术学会 （FIET） 和澳大利亚工程师协会 （FIEAust）。