2012年4月6日 星期五

結合光纖與無線優勢 建構新一代超高頻超頻寬通信架構


結合光纖與無線優勢 建構新一代超高頻超頻寬通信架構

3G或4G無線通訊傳輸技術受到頻寬限制,幾乎已無進一步發展的空間,這對極需傳輸即時大量資料的各項行動裝置應用項目,如超高畫質3-D影像服務的發展非常不利。由於預期這一情勢會隨著該類應用服務市場需求量逐年擴大而進一步惡化。

為了通訊速度頻寬限制的問題,有學者合作共同組成研發團隊開啟研發專案,希望能透過結合光纖及無線通訊兩種異質系統平台優點的方式,以達成建構新一代超高頻((~100GHz))超頻寬(20Gbit/s)通信架構的目標。


清華大學物理系博士後研究員林雋文。

 
新一代超高頻((~100GHz))超頻寬(20Gbit/s)通信架構的研究計畫,引起學員的高度興趣。
清華大學物理系博士後研究員林雋文表示:「研究結果發現,1部高畫質DVD影片下載至手機的時間大約1~2秒鐘即可完成,日後消費者看到喜歡的電影,馬上就可透過其手中的智慧型手機進行欣賞。」

林雋文指出,隨著台灣行動裝置的普及率越來越高,幾乎已經到人手一機的地步,而其上的加值應用服務項目也變得越來越多樣化,由早期的簡訊、電子郵件、新聞閱讀、資料查詢,到近期的線上購物、即時導航、電玩娛樂、影音播放,以及最新超高畫質3-D影像服務…等項目,不僅對於網路頻寬的需求急劇增加,人們對於上述服務的資料傳輸品質及其速度要求亦日益提升。「面對這樣的成長壓力,頻寬有限的3G或4G無線通訊傳輸技術,是無法在未來10年繼續滿足人們日常生活的需求。」

為了解決無線傳輸架構未來頻寬/速度成長與改善空間不大的問題,在清華大學潘犀靈教授的主持之下,結合該校黃承彬教授、中央大學許晉瑋教授、元智大學陳念偉教授、交通大學鄒志偉教授及工業技術研究院葉建宏博士…等多位在光電與無線通訊領域學有專精的學者共同組成研發團隊,運用來自國科會及教育部「5年500億邁向頂尖大學計畫」所核撥的經費,進行「V和W頻段無線與超寬頻訊號光纖通訊關鍵元件及技術」項目的研究,希望能透過結合光纖及無線通訊兩種異質系統平台優點的方式,以達到建構新一代超高頻((~100GHz))超頻寬(20Gbit/s)通信架構的目標。林雋文說:「這個研究在去年已經取得初步成果。」

林雋文表示,W 頻段超高頻無線通訊傳輸技術有著極為強大的機動性和靈活性,,特別適用於不便架設實體線路的環境地區進行傳輸資料使用。「雖然與光纖通訊方式相比,在頻寬方面略有不足之處,但藉由與具備長距離、高速傳輸、訊號損益低、不易受到雜訊/串音/電磁波干擾…等優勢,但其節點相對而言安裝不易的光纖通訊技術進行結合,兩者之間的優缺點正好可以互補。」而根據該團隊的實驗結果顯示,此一「光纖載毫米波」架構下的無線通訊頻寬可高達20~25Gbit/s,10部每片容量4.75GB的高畫質DVD影片在20秒內即可下載完畢,其速度為4G無線通訊傳輸技術的200倍。「與傳統的資料傳輸系統相比,兩者的速度更相差1,400倍。」

在該架構中,當人們要傳送訊號時,會先利用高效能毫米波光源產生其所需要的光學載波訊號,並將此一訊號透過實體光纖網路傳送到各處的基地台之後,藉由架設在其內的光子發射器設備協助,讓該訊號能夠轉換成高達100GHz的超高頻無線電氣訊號,再以每秒20Gbit的超寬頻速度發射出去,讓附近無特定位置的遠端用戶能以無線通訊方式進行訊號的接收。

「無論是利用銅軸電纜或是無線電波進行網路通訊,都很容易讓訊號在傳播過程中快速產生極大的耗損;因此若能改由先從光纖來進行訊息傳遞,除了可減少其損耗之外,網路整體穩定性亦能大幅增加。」

這表示此一架構的系統通訊品質會受到高效能毫米波光源本身特性的強烈影響,林雋文說:「毫米波光源訊號脈衝序列重複率即為脈衝週期(兩發脈衝之間的時間間隔)的倒數,可決定其後續無線毫米電波的頻率。

因此若我們想要提高通訊的品質並加快資訊傳送速度,除了需提高脈衝序列的重複率與元件頻寬外,光學脈衝在光纖傳輸時的色散問題亦需設法克服。」而本研發團隊由於成功結合了外調式光頻梳及光脈衝逐線塑型兩項關鍵技術,並透過時域自我顯像(temporal self-imaging)的概念,不僅可讓光學載波訊號以最佳品質透過光纖傳送長達25公里的距離,並使得轉換後的高效能無線毫米波訊號能得以產生。

根據相關市場研究調查的資料顯示,隨著對於未來雲端產業與高資訊流量需求的增加,於2014年起高速無線通信頻寬需求量每年將會以2倍的數字成長。由於台灣行動通訊產業發達,在高科技電子製造產業本身亦極具有市場競爭優勢,因此若能善加採用此一計劃所研發出的各項技術,除了能夠使電信及製造業者擺脫以往單純代工或銷售智慧型手機/門號的經營模式之外,對於提升公司自我的技術層次及競爭實力亦極有幫助。而另一方面,也由於具有能以極快速度傳輸大量資料的特性,林雋文認為,此系統除了行動通訊業者之外,對於國防及國土安全、敵機/敵彈來襲的即時情報偵測、地震/土石流/火山爆發及海嘯動態…等需要大範圍進行長期即時資訊搜集的項目,也即適合其使用,以便為相關使用者爭取到更多的反應時間。

轉載自《DIGITIMES中文網

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