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數(shù)據(jù)傳輸速度成倍增長

不同領(lǐng)域產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量，正以令人難以置信的速度增長。就此而言，其挑戰(zhàn)就在于是否能以更快、更安全的方式無線傳輸和儲存這些海量數(shù)據(jù)。西門子研究人員想到了將多條通道連接在一起，以同時傳輸和接收數(shù)據(jù)。多通道方式還可改善其他類型的高頻應(yīng)用，比如：旋轉(zhuǎn)雷達波束、雷達系統(tǒng)精確的角度測量以及RFID系統(tǒng)無線供電的本地優(yōu)化等。

有針對性的供電：多通道系統(tǒng)幫助確保無線通信網(wǎng)絡(luò)以更高的傳輸速率進行更高效的數(shù)據(jù)傳輸。
Stefan Schwarzer博士正在研究多通道系統(tǒng)支持無線供電的不同方式。圖中所示，他正利用電磁波場合成技術(shù)，在預(yù)定區(qū)域生成電場。

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

到2020年數(shù)據(jù)量將高達44ZB

繁榮的移動設(shè)備市場：尤其是在發(fā)展中國家，
互聯(lián)網(wǎng)正變得日趨重要，在這些國家能無線上網(wǎng)的電腦
和智能手機正變得越來越普及

美國市場調(diào)查公司IDC（數(shù)據(jù)公司）進行的一項研究預(yù)計，到2020年的數(shù)據(jù)將浩若繁星：總數(shù)據(jù)量有望達到44ZB（相當于440億TB）。如果該預(yù)測是正確的，這將意味著數(shù)據(jù)量將在2013年的基礎(chǔ)上增長10倍。目前，一塊筆記本電腦硬盤（3.5英寸）可以多儲存3TB數(shù)據(jù)，這意味著要想將2020年的所有數(shù)據(jù)儲存下來需要147億塊筆記本電腦硬盤。

數(shù)據(jù)爆炸性增長的原因有許多。IDC指出的原因包括：能無線上網(wǎng)的電腦和智能手機市場的持續(xù)繁榮發(fā)展，以及——更為重要的是——新興市場互聯(lián)網(wǎng)的迅速普及。

多通道系統(tǒng)可提升傳輸容量和速度

數(shù)據(jù)量增長的同時，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，下載速度會大幅下滑，這還會進一步導致從其他用戶處“竊取”傳輸容量。如果數(shù)據(jù)量繼續(xù)增長，數(shù)據(jù)傳輸速率問題將會變得更為敏感。為何會出現(xiàn)這種情況？我們來看看下面這些事實：如今的筆記本電腦只配備一根天線，該天線向另外一根天線發(fā)送數(shù)據(jù)時，會造成進程中許多其他天線的傳輸中斷。這給數(shù)據(jù)傳輸容量和速率帶來了限制。

解決方案就是多通道系統(tǒng)，該系統(tǒng)裝備多根天線，可同時進行電信號交換。這種方式之所以有效，是因為每根天線都由多達上百根小天線組成，這意味著多通道系統(tǒng)，可非常精確地生成和指引其射電波束。這使得數(shù)據(jù)連接的損耗非常低，而且具有非常強的抗干擾能力。換句話說，理論上一個房間內(nèi)的頻譜，可以同時被多臺不同的設(shè)備使用，而不會造成數(shù)據(jù)傳輸速率的下降。此外，多根獨立的天線，使得能同時生成針對不同用戶的不同方向的射電波束。

有效設(shè)計：眾多的小天線通常設(shè)計在印刷電路板上，以節(jié)省成本和空間

數(shù)據(jù)傳輸速率成倍增長

西門子也在利用多通道系統(tǒng)。共有40名高頻技術(shù)專家正在慕尼黑、埃爾蘭根和維也納針對該系統(tǒng)進行研究，并且根據(jù)公司需求對其進行優(yōu)化。他們正在進行針對通信、無線供電和傳感器系統(tǒng)應(yīng)用的測試。“這種系統(tǒng)的效果，類似于在黑屋子里利用10個手電筒，從不同方向照亮一個蘋果。”西門子中央研究院德國射頻技術(shù)研究部負責人Andreas Ziroff指出。每個手電筒自身的光束都較弱，但當所有光束匯聚在蘋果上時會變得非常亮。多通道系統(tǒng)利用眾多獨立的傳輸通道，增加數(shù)據(jù)容量和傳輸速度的原理與此相同。

其區(qū)別只有一點：10個手電筒的光束亮度只是簡單的疊加效果，而多通道效果則是“成倍增長”。這是因為通道相互連接，這使得每個獨立的信號不再需要分布到整個房間，而是以直接——因此也是 ——的路徑傳輸?shù)浇邮赵O(shè)備。

鏈接世界萬事萬物：多通道系統(tǒng)可幫助以更高的數(shù)據(jù)傳輸速率，進行更快、更安全的數(shù)據(jù)傳輸和儲存，以及更有效地利用電信號。譬如，智能手機將與汽車進行連接，汽車將使用信號來相互交換信息，以及與紅綠燈和停車位探測器等交通基礎(chǔ)設(shè)施交換信息。衣服或手表以及照明開關(guān)、百葉窗和樓宇供暖系統(tǒng)都將能實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)。

5G無線標準和物聯(lián)網(wǎng)

多通道系統(tǒng)可用于許多應(yīng)用，其中之一就是通信技術(shù)。“無線通信系統(tǒng)已達到了容量極限。”西門子中央研究院高頻技術(shù)工程師Stefan Schwarzer表示。這就是未來無線系統(tǒng)將依賴5G多通道標準以確保用閃電般速度傳輸數(shù)據(jù)的原因所在。西門子專家認為：到2020年，通過上百個并行通道，每秒傳輸數(shù)GB數(shù)據(jù)*有可能。當今的快數(shù)據(jù)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是： 移動通信未來將會發(fā)生天翻地覆的變化。“其目標不再是簡單地將數(shù)據(jù)從一地發(fā)送到另一地。”德累斯頓工業(yè)大學移動通信系統(tǒng)系主任Gerhard Fettweis教授說道，“現(xiàn)在更重要的是針對大范圍對象進行實時聯(lián)網(wǎng)，并且人為影響較少。因此，我們將不得不重新思考無線通信，特別是在數(shù)據(jù)傳輸速率、滯后時間以及互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議方面。” 多通道系統(tǒng)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(shù)據(jù)的情況下，才能對快速增長的聯(lián)網(wǎng)和通信設(shè)備進行管理。

顏色編碼：西門子研究人員使用不同的顏色，來顯示電磁場的強度等級。從黃色到淡藍等亮色顯示高場強；深藍顯示低場強

提升數(shù)據(jù)傳輸速率，縮短滯后時間

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

人們一般不太注意到短于50毫秒的滯后，譬如說在智能手機上觀看視頻時。然而，將滯后時間降至微妙級別，對于工業(yè)設(shè)備的優(yōu)化操作至關(guān)重要。如果工業(yè)設(shè)備要進行遠程控制和無線同步，數(shù)據(jù)將能以微秒級滯后時間進行傳輸。

對RFID和傳感器的益處

更高效的RFID應(yīng)答器：“電磁波場合成技術(shù)，可用來在大面積中的一點產(chǎn)生能量，而不用低效地布滿整個房間。”Schwarzer解釋道

西門子技術(shù)人員還在研究將多通道系統(tǒng)用于無線供電應(yīng)用的不同方式。采用該理念的RFID芯片基站，將能針對性地進行芯片供電。“電磁波場合成技術(shù)，可用來在大面積中的一點產(chǎn)生能量，而不用低效地布滿整個房間。”Schwarzer解釋道。RFID芯片可以有許多不同的應(yīng)用，譬如追蹤生產(chǎn)過程中的產(chǎn)品，或進行系統(tǒng)解鎖授權(quán)。

不同的應(yīng)用： RFID應(yīng)答器（參見上圖帶粘性的標簽）可以有許多不同的應(yīng)用，譬如追蹤生產(chǎn)過程中的產(chǎn)品或確定具體人員是否獲得系統(tǒng)解鎖授權(quán)

然而，這些范例遠遠未能涵蓋多通道系統(tǒng)的全部潛在應(yīng)用。西門子工程師正在優(yōu)化多通道雷達傳感器，以用于停車位和停車場監(jiān)控。多通道系統(tǒng)還以類似方式應(yīng)用于露天采礦應(yīng)用中：長達100米的工程機械，在進行運輸時必須進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(tǒng)是多通道系統(tǒng)應(yīng)用廣泛的又一典型范例，特別是在和電子票聯(lián)合應(yīng)用的情況下。未來可在公交系統(tǒng)中使用RFID芯片，幫助搜索空座位和針對不同運輸模式自動開具車費發(fā)票。Schwarzer解釋道，多通道系統(tǒng)還可在醫(yī)療應(yīng)用領(lǐng)域扮演關(guān)鍵角色，“終，MRI會‘形同’一臺接收機，其中的多通道傳輸技術(shù)，可確保實現(xiàn)高質(zhì)量的影像。”