沙特科学家智能玻璃系统，用阳光代替 WiFi 信号连网
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用陽光代替 wifi 信號，實現連網并傳輸數據，這可能么？
有人做到了。
沙特阿拉伯的研究者設計了一種智能玻璃系統。
它能把窗子當成了調制解調器（也就是家里上網用的“貓”），通過改變陽光性質實現信息傳輸。
手機攝像頭接收光信號后，再將其轉換回二進制數據。
只需功率為 1 瓦的太陽能電池，就能讓其運行。
目前，該研究已發表在《IEEE 光子學雜志》（IEEE Photonics Journal）上。
究竟如何做到的？往下看。
你，相信光么？
在以往，前人一般是改變光的強度對其進行編碼。
但光在空氣傳播中，其強度會受氣壓等環境影響而不斷變化，傳輸效率太低，且人眼對光強劇烈變化十分敏感。
這回，這些研究者轉而使用光的偏振原理。
中學就有學到，光作為一種橫波，如果讓其通過特定介質（偏振片），將只保留特定方向的部分光波。
通過上述原理，研究者設計出一個系統，通過改變光波偏振狀況，將信息搭載到陽光中，且人眼不易察覺變化。
具體改變需要通過液晶材料實現。在不同電壓下，此類材料分子排列將發生改變，繼而左右該介質光的偏振情況。
但這仍不夠。
為提升編碼效率，研究者還參考液晶快門的時間響應函數，并考慮透光介質雙折射等問題，將兩個反向的液晶 (LC) 單元堆疊在一起。
最終，整個調制系統包含 3 個偏振片，2 個反向液晶層（一個常白、一個常黑）——
研究者將其稱為雙單元液晶快門 (DLS)。
此種設計的好處在于：
比起單層液晶偏振系統，它能夠更快改變光波偏振，降低編碼錯誤，同時，對于光在傳播中強度隨機起伏的「閃爍效應」也能減小影響。
從下圖能看出，紅線為常白模式對信號 1 的輸出，藍線為常黑模式，當兩者堆疊后，信號「1」的脈沖（綠色曲線）更短，變化更迅速，在通信編碼中效率更高。
以 DLS 為基本調制單元，研究者為替代 wifi 設計了一整套信息傳輸系統：
先讓陽光照射過智能玻璃窗，窗子本身就是調制器，通過 DLS 改變光波偏振情況，對其進行調制編碼。
搭載信息后的光波繼續進入室內，再被手機等終端攝像頭接收到，對其進行解調變回成二進制數據。
為了進一步提升傳輸速率，研究者還使用了時分復用技術（TDM）。
該技術簡單說，就是在一個信道內將傳輸時間進行切割，按一定次序給不同設備分配傳輸接受時間，輪到某個設備時，該設備就開啟傳輸，同時其他設備傳輸將被切斷。
最后，研究團隊通過建模，觀察了自己搭建系統的傳輸表現。
目前較主流的對光調制并直接傳輸通信方式會采用半導體光放大器（SoA），研究者選取了兩種調制模式進行對比：調制面積 66 平方厘米的 RetroTurbo，以及調制面積 14 平方厘米 PassiveVLC。
結果顯示，同等調制面積與同等傳輸距離下，他們的系統均優于目前最先進的方式，最高傳輸速率可達 16Kbps。
能耗方面，僅需 1W 的太陽能電池板，就能驅動整個系統運轉。
盡管目前傳輸信息速率有限，但團隊認為該成果預示著陽光不僅僅是一種能量資源，更是一種信息資源，這將有助于我們以更低能耗進行信息傳輸。
關于后續研究規劃，團隊表示：
他們下一步希望能將傳輸速率提升到每秒兆比特，甚至千兆比特，為此將申請訂購相關測試硬件。
團隊介紹
最后了解下研究團隊成員。
一作 Sahar Ammar 來自阿卜杜拉國王科技大學 (KAUST)，電氣和數學科學與工程 (CEMSE) 部門，主要研究方向為光通信；
二作 Osama Amin，同樣來自阿卜杜拉國王科技大學的電氣和數學科學與工程 (CEMSE) 部門；
指導老師 Basem Shihada，主要研究領域為無線、有線通信，也涉足網絡安全與云計算。
參考鏈接：
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[1]https://ieeexplore.ieee.org/document/9864223/authors#authors
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[2]https://interestingengineering.com/innovation/researchers-devise-smart-glass-windows-that-can-polarize-sunlight-for-wireless-data-transmission
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[3]https://www.alphagalileo.org/en-gb/Item-Display/ItemId/226738?returnurl=https://www.alphagalileo.org/en-gb/Item-Display/ItemId/226738
本文來自微信公眾號：量子位 （ID：QbitAI），作者：詹士
總結
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