Hvordan bruges begrænset båndbredde mere effektivt? Tænk som en grotteboende fisk

For første gang, forskere har demonstreret en lysbaseret enhed, der efterligner en fiskes utrolige jamming avoidance response (JAR) ved at flytte frekvensen af ​​et udsendt signal væk fra andre signaler, der potentielt kan forårsage interferens. Det nye system kan i sidste ende hjælpe med at overvinde den spektrale båndbreddeknase forårsaget af et stadigt stigende antal trådløse enheder og transmitterede data, der konkurrerer om plads på en begrænset mængde tilgængelig båndbredde.

Eigenmannia er grotteboende fisk, der lever i fuldstændigt mørke. At overleve uden tilstedeværelse af lys, fiskene udsender et elektrisk felt for at kommunikere med andre fisk og fornemme det omgivende miljø. Når to fisk udsender signaler ved lignende frekvenser, kan de forstyrre hinanden, eller syltetøj, skaber et krypteret signal. Takket være en unik neural algoritme, disse fisk kan justere deres elektriske kommunikationssignaler, så de ikke forstyrrer dem, der kommer fra andre nærliggende fisk.

"Vi tror, ​​at mennesker kunne bruge den samme neurale algoritme til blokering af undgåelsesrespons som Eigenmannia, men med en meget hurtigere hastighed og frekvens, "sagde forskerteamleder Mable P. Fok fra University of Georgia." Dette kunne muliggøre en smartere og mere dynamisk måde at bruge vores trådløse kommunikationssystemer på uden behov for de komplicerede koordineringsprocesser, der i øjeblikket forhindrer jamming ved at reservere hele sektioner af båndbredde til specifikke telefonoperatører eller brugere såsom militæret. "

I tidsskriftet The Optical Society (OSA) Optik Express , forskerne demonstrerede en lysbaseret, eller fotonisk, JAR, der kan bruges til at undgå fastklemning. De viste, at systemet fungerer meget som Eigenmannia's JAR, idet det registrerer, om et andet signal kan udgøre et jamming -problem og derefter intelligent flytter sit udsendende signal højere eller lavere i frekvens, så det bevæger sig væk fra jamming -signalet uden at krydse dets frekvens, hvilket forstærker fastklemningen.

Fordi systemet til undgåelse af jamming er lysbaseret, kun små justeringer er nødvendige for at bruge det med en lang række frekvenser:fra megahertz -frekvenserne, der bruges til radio- og GPS -kommunikation, til gigahertz -signaler, der bruges af mobiltelefoner og radarer. Brug af en lysbaseret enhed tillader også hurtigere automatisk reaktion på et potentielt jamming-signal, end et elektronisk system kunne opnå.

Afbrydelse af interferensen

Den nye teknologi kan hjælpe med signalforstyrrelser på flere områder. For eksempel, det kan bruges til at undgå utilsigtet fastklemning, når radarer ombord på fly eller militære køretøjer opererer i det samme område. Det kan også bruges i miljøer som f.eks. Hospitaler, hvor trådløse enheder kan forstyrre trådløse transmissioner fra medicinske instrumenter.

"Til sidst, denne fremgangsmåde kan bruges til at opnå effektiv brug af det trådløse spektrum ved at lade trådløse enheder automatisk flytte til en frekvens, der ikke forstyrrer andre signaler i nærheden, "sagde Fok." Dette kan sænke omkostningerne ved at bruge det trådløse spektrum, fordi tjenesteudbydere ikke skal betale for at reservere store mængder båndbredde. Det her, på tur, kunne gøre det mere overkommeligt at bringe mobil teknologi til udviklingslande, hvor det kunne bruges til at understøtte vigtige tjenester såsom telemedicin eller fjernundervisning. "

Efterligner neuroner

Det nye fotoniske JAR-system bruger en optisk komponent på hylden kendt som en halvlederoptisk forstærker (SOA) for at efterligne Eigenmannia's JAR. SOA'en identificerer egenskaberne for sit eget udsendte signal og bruger det som en reference til at detektere en potentiel jamming og til at afgøre, om signalet er højere eller lavere i frekvens. Det flytter derefter det udsendte signal væk fra det potentielle jamming -signal.

"For at oprette det fotoniske system, vi måtte forstå, hvordan neuroner i Eigenmannia udfører JAR og derefter oversætte det fra et teknisk synspunkt til et fotonisk design, "sagde Fok." Fordi SOA faktisk virker meget som en neuron, kan den bruges til at udføre alle de nødvendige opgaver. "

Forskerne testede deres fotoniske JAR ved hjælp af forskellige typer jamming -signaler i mikrobølgeområdet i det elektromagnetiske spektrum, som bruges til trådløse lokalnetværk som f.eks. Bluetooth. "Vi kunne se det fotoniske JAR -system flytte signalfrekvensen, når et jamming -signal nærmede sig og stoppe med at bevæge sig, hvis jammefrekvensen bevægede sig væk, "sagde Fok." Det skete automatisk, næsten som om det var i live. "

Forskerne arbejder nu på at forbedre systemet, så det kan reagere på mere end et jamming -signal i nærheden. De vil også gøre systemet bærbart og mere brugervenligt for ikke-tekniske brugere.