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數據傳輸速度成倍增長(cháng)

不同領(lǐng)域產(chǎn)生的數據量，正以令人難以置信的速度增長(cháng)。就此而言，其挑戰就在于是否能以更快、更安全的方式無(wú)線(xiàn)傳輸和儲存這些海量數據。西門(mén)子研究人員想到了將多條通道連接在一起，以同時(shí)傳輸和接收數據。多通道方式還可改善其他類(lèi)型的高頻應用，比如：旋轉雷達波束、雷達系統精確的角度測量以及RFID系統無(wú)線(xiàn)供電的本地優(yōu)化等。

有針對性的供電：多通道系統幫助確保無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )以更高的傳輸速率進(jìn)行更高效的數據傳輸。
Stefan Schwarzer博士正在研究多通道系統支持無(wú)線(xiàn)供電的不同方式。圖中所示，他正利用電磁波場(chǎng)合成技術(shù)，在預定區域生成電場(chǎng)。

在當今世界想要消失得無(wú)影無(wú)蹤，幾乎沒(méi)有可能。盡管這對于竊賊而言，情況并非*如此，但是在數字世界里，要想不留下任何蹤跡，幾乎沒(méi)有可能。在Facebook上發(fā)帖、瀏覽在線(xiàn)新聞或者駕駛帶有導航設備的汽車(chē)——不管是誰(shuí)在做這件事，也不管他是有意還是無(wú)意，他都會(huì )留下以數據形式存在的痕跡。

到2020年數據量將高達44ZB

繁榮的移動(dòng)設備市場(chǎng)：尤其是在發(fā)展中國家，
互聯(lián)網(wǎng)正變得日趨重要，在這些國家能無(wú)線(xiàn)上網(wǎng)的電腦
和智能手機正變得越來(lái)越普及

美國市場(chǎng)調查公司IDC（數據公司）進(jìn)行的一項研究預計，到2020年的數據將浩若繁星：總數據量有望達到44ZB（相當于440億TB）。如果該預測是正確的，這將意味著(zhù)數據量將在2013年的基礎上增長(cháng)10倍。目前，一塊筆記本電腦硬盤(pán)（3.5英寸）可以多儲存3TB數據，這意味著(zhù)要想將2020年的所有數據儲存下來(lái)需要147億塊筆記本電腦硬盤(pán)。

數據爆炸性增長(cháng)的原因有許多。IDC指出的原因包括：能無(wú)線(xiàn)上網(wǎng)的電腦和智能手機市場(chǎng)的持續繁榮發(fā)展，以及——更為重要的是——新興市場(chǎng)互聯(lián)網(wǎng)的迅速普及。

多通道系統可提升傳輸容量和速度

數據量增長(cháng)的同時(shí)，也催生了以更快速度傳輸更大量信息的需求。我們都知道，下載大文件以及多臺電腦共享網(wǎng)絡(luò )連接時(shí)，下載速度會(huì )大幅下滑，這還會(huì )進(jìn)一步導致從其他用戶(hù)處“竊取”傳輸容量。如果數據量繼續增長(cháng)，數據傳輸速率問(wèn)題將會(huì )變得更為敏感。為何會(huì )出現這種情況？我們來(lái)看看下面這些事實(shí)：如今的筆記本電腦只配備一根天線(xiàn)，該天線(xiàn)向另外一根天線(xiàn)發(fā)送數據時(shí)，會(huì )造成進(jìn)程中許多其他天線(xiàn)的傳輸中斷。這給數據傳輸容量和速率帶來(lái)了限制。

解決方案就是多通道系統，該系統裝備多根天線(xiàn)，可同時(shí)進(jìn)行電信號交換。這種方式之所以有效，是因為每根天線(xiàn)都由多達上百根小天線(xiàn)組成，這意味著(zhù)多通道系統，可非常精確地生成和指引其射電波束。這使得數據連接的損耗非常低，而且具有非常強的抗干擾能力。換句話(huà)說(shuō)，理論上一個(gè)房間內的頻譜，可以同時(shí)被多臺不同的設備使用，而不會(huì )造成數據傳輸速率的下降。此外，多根獨立的天線(xiàn)，使得能同時(shí)生成針對不同用戶(hù)的不同方向的射電波束。

有效設計：眾多的小天線(xiàn)通常設計在印刷電路板上，以節省成本和空間

數據傳輸速率成倍增長(cháng)

西門(mén)子也在利用多通道系統。共有40名高頻技術(shù)專(zhuān)家正在慕尼黑、埃爾蘭根和維也納針對該系統進(jìn)行研究，并且根據公司需求對其進(jìn)行優(yōu)化。他們正在進(jìn)行針對通信、無(wú)線(xiàn)供電和傳感器系統應用的測試。“這種系統的效果，類(lèi)似于在黑屋子里利用10個(gè)手電筒，從不同方向照亮一個(gè)蘋(píng)果。”西門(mén)子中央研究院德國射頻技術(shù)研究部負責人Andreas Ziroff指出。每個(gè)手電筒自身的光束都較弱，但當所有光束匯聚在蘋(píng)果上時(shí)會(huì )變得非常亮。多通道系統利用眾多獨立的傳輸通道，增加數據容量和傳輸速度的原理與此相同。

其區別只有一點(diǎn)：10個(gè)手電筒的光束亮度只是簡(jiǎn)單的疊加效果，而多通道效果則是“成倍增長(cháng)”。這是因為通道相互連接，這使得每個(gè)獨立的信號不再需要分布到整個(gè)房間，而是以直接——因此也是 ——的路徑傳輸到接收設備。

鏈接世界萬(wàn)事萬(wàn)物：多通道系統可幫助以更高的數據傳輸速率，進(jìn)行更快、更安全的數據傳輸和儲存，以及更有效地利用電信號。譬如，智能手機將與汽車(chē)進(jìn)行連接，汽車(chē)將使用信號來(lái)相互交換信息，以及與紅綠燈和停車(chē)位探測器等交通基礎設施交換信息。衣服或手表以及照明開(kāi)關(guān)、百葉窗和樓宇供暖系統都將能實(shí)現聯(lián)網(wǎng)。

5G無(wú)線(xiàn)標準和物聯(lián)網(wǎng)

多通道系統可用于許多應用，其中之一就是通信技術(shù)。“無(wú)線(xiàn)通信系統已達到了容量極限。”西門(mén)子中央研究院高頻技術(shù)工程師Stefan Schwarzer表示。這就是未來(lái)無(wú)線(xiàn)系統將依賴(lài)5G多通道標準以確保用閃電般速度傳輸數據的原因所在。西門(mén)子專(zhuān)家認為：到2020年，通過(guò)上百個(gè)并行通道，每秒傳輸數GB數據*有可能。當今的快數據傳輸速率大約是300MB/s，盡管在日常生活中很少享受到這種速度。如今可以肯定的一點(diǎn)是： 移動(dòng)通信未來(lái)將會(huì )發(fā)生天翻地覆的變化。“其目標不再是簡(jiǎn)單地將數據從一地發(fā)送到另一地。”德累斯頓工業(yè)大學(xué)移動(dòng)通信系統系主任Gerhard Fettweis教授說(shuō)道，“現在更重要的是針對大范圍對象進(jìn)行實(shí)時(shí)聯(lián)網(wǎng)，并且人為影響較少。因此，我們將不得不重新思考無(wú)線(xiàn)通信，特別是在數據傳輸速率、滯后時(shí)間以及互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議方面。” 多通道系統因此對于物聯(lián)網(wǎng)具有重要意義，因為只有在許多不同的、空間獨立的通道能交換海量數據的情況下，才能對快速增長(cháng)的聯(lián)網(wǎng)和通信設備進(jìn)行管理。

顏色編碼：西門(mén)子研究人員使用不同的顏色，來(lái)顯示電磁場(chǎng)的強度等級。從黃色到淡藍等亮色顯示高場(chǎng)強；深藍顯示低場(chǎng)強

提升數據傳輸速率，縮短滯后時(shí)間

正常情況下，人們將會(huì )注意到使用多通道系統的優(yōu)勢，譬如說(shuō)在使用他們的智能手機時(shí)。能同時(shí)利用多個(gè)數據通道的智能手機，將能比現在接收和發(fā)送多得多的數據。“多通道系統可以將當今的數據傳輸速率提升許多倍。”Schwarzer表示。這將大大縮短滯后時(shí)間——數據被發(fā)送和收到之間的時(shí)間間隔。“如今的單通道移動(dòng)設備的滯后時(shí)間為數毫秒；我們的目標是將滯后時(shí)間降低至幾十微秒。”Schwarzer解釋道。

人們一般不太注意到短于50毫秒的滯后，譬如說(shuō)在智能手機上觀(guān)看視頻時(shí)。然而，將滯后時(shí)間降至微妙級別，對于工業(yè)設備的優(yōu)化操作至關(guān)重要。如果工業(yè)設備要進(jìn)行遠程控制和無(wú)線(xiàn)同步，數據將能以微秒級滯后時(shí)間進(jìn)行傳輸。

對RFID和傳感器的益處

更高效的RFID應答器：“電磁波場(chǎng)合成技術(shù)，可用來(lái)在大面積中的一點(diǎn)產(chǎn)生能量，而不用低效地布滿(mǎn)整個(gè)房間。”Schwarzer解釋道

西門(mén)子技術(shù)人員還在研究將多通道系統用于無(wú)線(xiàn)供電應用的不同方式。采用該理念的RFID芯片基站，將能針對性地進(jìn)行芯片供電。“電磁波場(chǎng)合成技術(shù)，可用來(lái)在大面積中的一點(diǎn)產(chǎn)生能量，而不用低效地布滿(mǎn)整個(gè)房間。”Schwarzer解釋道。RFID芯片可以有許多不同的應用，譬如追蹤生產(chǎn)過(guò)程中的產(chǎn)品，或進(jìn)行系統解鎖授權。

不同的應用： RFID應答器（參見(jiàn)上圖帶粘性的標簽）可以有許多不同的應用，譬如追蹤生產(chǎn)過(guò)程中的產(chǎn)品或確定具體人員是否獲得系統解鎖授權

然而，這些范例遠遠未能涵蓋多通道系統的全部潛在應用。西門(mén)子工程師正在優(yōu)化多通道雷達傳感器，以用于停車(chē)位和停車(chē)場(chǎng)監控。多通道系統還以類(lèi)似方式應用于露天采礦應用中：長(cháng)達100米的工程機械，在進(jìn)行運輸時(shí)必須進(jìn)行精確至厘米級別的定位。這是在多通道雷達傳感器的幫助下完成的，該傳感器能精確測量角度。公交系統是多通道系統應用廣泛的又一典型范例，特別是在和電子票聯(lián)合應用的情況下。未來(lái)可在公交系統中使用RFID芯片，幫助搜索空座位和針對不同運輸模式自動(dòng)開(kāi)具車(chē)費發(fā)票。Schwarzer解釋道，多通道系統還可在醫療應用領(lǐng)域扮演關(guān)鍵角色，“終，MRI會(huì )‘形同’一臺接收機，其中的多通道傳輸技術(shù)，可確保實(shí)現高質(zhì)量的影像。”