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如何更有效地使用有限的带宽 想象一个洞穴居住的鱼

2019-02-12 19:47:00来源:

研究人员首次展示了一种基于光的设备,通过将发射信号的频率远离可能引起干扰的其他信号,模仿鱼类令人难以置信的干扰避免响应(JAR)。新系统最终可以帮助克服由于越来越多的无线设备和传输的数据在有限的可用带宽上竞争空间而导致的频谱带宽紧缩。

Eigenmannia是生活在完全黑暗中的洞穴栖息鱼。为了在没有光的情况下生存,鱼会发出电场与其他鱼类交流并感知周围环境。当两条鱼以相似的频率发出信号时,它们会相互干扰或堵塞,从而产生扰乱的信号。由于采用了独特的神经算法,这些鱼可以调整它们的电通信信号,这样它们就不会干扰来自附近其他鱼类的鱼类。

“我们认为人类可以使用与Eigenmannia相同的干扰避免响应神经算法,但速度和频率要快得多,”佐治亚大学的研究小组负责人Mable P. Fok说。“这可以让我们使用我们的无线通信系统更智能,更动态,无需通过为特定电话运营商或军方等用户预留全部带宽来防止干扰的复杂协调流程。”

在光学学会(OSA)期刊Optics Express中,研究人员展示了一种可用于避免干扰的光基或光子JAR。他们表明系统的表现与Eigenmannia的JAR非常相似,因为它检测另一个信号是否会出现干扰问题,然后智能地将其发射信号的频率调高或调低,使其远离干扰信号而不会超过其频率,会放大干扰。

由于干扰避免系统是基于光的,因此只需稍微调整就可以使用它,频率范围很广:从用于无线电和GPS通信的兆赫频率到手机和雷达使用的千兆赫信号。与电子系统相比,使用基于光的设备还可以更快地自动响应潜在的干扰信号。

减少干扰

这项新技术可以帮助解决几个领域的信号干扰问题。例如,当飞机上的雷达或军用车辆在同一区域内运行时,它可用于避免无意的干扰。它还可以用于诸如医院之类的环境中,其中无线设备可能干扰来自医疗仪器的无线传输。

“最终,这种方法可以通过允许无线设备自动移动到不会干扰附近其他信号的频率来实现无线频谱的有效利用,”Fok说。“这可以降低使用无线频谱的成本,因为服务提供商不必为保留大量带宽而付费。这反过来又可以使移动技术更容易被发展到可以使用的发展中国家支持远程医疗或远程学习等重要服务。“

模仿神经元

新的光子JAR系统使用现成的光学元件称为半导体光放大器(SOA)来模仿Eigenmannia的JAR。SOA识别其自身发射信号的属性,并将其用作检测潜在干扰的参考,并确定该信号的频率是高还是低。然后它将发射的信号移离潜在的干扰信号。

“要创建光子系统,我们必须了解Eigenmannia中的神经元如何执行JAR,然后将其从工程角度转换为光子设计,”Fok说。“因为SOA实际上非常像神经元,它可以用来完成所有必要的任务。”

研究人员在电磁波谱的微波区域使用各种类型的干扰信号测试了他们的光子JAR,用于局域无线网络,如蓝牙。“当干扰信号接近时,我们可以看到光子JAR系统移动信号频率,并且如果干扰频率正在移动,则停止移动,”Fok说。“它自动发生,几乎就像活着一样。”

研究人员正在努力改进系统,使其能够响应附近的多个干扰信号。他们还希望为非技术用户提供便携式系统和更加用户友好的系统。