螺旋形无线电波束以
每秒32千兆比特的速度发送数据。
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通过将多通道数据扭曲为一束类似螺丝型意大利面的波束，近年来，由南加州大学的工程师领导的一个小组已经将这些数据通过一个单一频率发送了出去。通过将携带信息的多个偏振波束集合为一个单一的螺旋形波束，该小组能够以每秒32千兆比特的速度向2.5米外发送数据，这是LTE无线连接速度的约30倍。
南加州大学电子工程学教授艾伦•威尔纳（Alan Willner）表示，这一高数据速率是通过被称为轨道角动量（OAM）复用的技术达成的，该项实验是他与来自格拉斯哥大学和特拉维夫大学的研究人员合作进行的。
轨道角动量是电磁波的一个属性，首次发现是在20世纪90年代，它可以被用于使多通道信息通过一个单一频率发送。威尔纳说：“我可以让一个波缓慢旋转，而另一个波旋转得更快一些，这样这两条波就彼此正交了。如果你把它们放在一起，并通过同一媒介将它们在空间中一起发送，你就将容量增加了一倍。”
威尔纳和其他人之前已通过波束证实了这种扭曲技术。他们在2012年以每秒2.56兆兆比特的速率通过空气传输数据，并在之后以每秒1.6兆兆比特的速率通过光纤传输数据。证明该技术适用于无线电波高数据速率是很重要的，因为相比光学设备，这些频率较少受到障碍物和大气条件的影响，并可能具有更广泛的商业用途。
威尔纳和他的团队利用4根天线发送了8个通道的数据。这些数据束是通过特殊形状的“螺旋相位板”进行发送的，这些塑料板不会吸收波束，但会使它们改变形状，微微发生扭曲。然后，这些扭曲的波由多路复用器收集并通过一个发射孔径发送出去。由于每一个波都有一个略微不同的轨道角动量，所以它们可以在不会相互干扰的情况下沿着同一个轴行进。
这个螺旋形的合并波束穿过接收器处的另一个孔径，之后被一个多路分解器分解为4束波。然后，这4束波会穿过另一组螺旋相位板。这些相位板是第一组相位板的反转版，它会撤消初始的扭曲，并使波准备好传送它们的数据载荷。
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这并不是无线电波第一次被用于证明轨道角动量的潜力。2012年，意大利和瑞典的研究人员利用了同样的原理，在威尼斯的两座岛之间通过同一个频率发送了一对无线电波。在那个时候，一些通信工程师批评了这项研究，认为它与现有的多输入多输出（MIMO）技术并没有显著差异。
威尔纳曾经表示，这项研究表明，传统的多输入多输出技术和轨道角动量复用之间存在着明显的实施差异。多输入多输出技术利用在相同频率上广播的不同天线发送不同的数据流，并利用了数字信号处理在接收端解码不可避免的串扰。而轨道角动量复用在不相互干扰的情况下通过一个单一波束发送多通道信息。这意味着，一旦接收器处的相位板将螺旋波束退绕为它的组成频道，就不必进行进一步的梳理了。
然而，轨道角动量无线电的一名早期批评者、隆德大学无线电系统教授奥韦•埃德佛斯（Ove Edfors）仍未被说服。虽然埃德佛斯并不怀疑威尔纳的研究结果，但他仍然无法相信基于无线电的轨道角动量可被用于实际的远距离通信。埃德佛斯表示，如果没有不切实际的大天线来协助进行远距离的无线电发送和接收，“轨道角动量部件携带的信号……从通信的角度来说很快就会变得毫无意义了。”
几年前，威尼斯轨道角动量实验背后的科学家之一法布里齐奥•坦布里尼（Fabrizio Tamburini）却在这一最新的研究中看到了希望，他说：“人们从中可以获得很棒的创意。”坦布里尼现在正在研究如何完善轨道角动量以用于电信等行业。
威尔纳说，如果轨道角动量研究能获得成功，该技术就可以应用于需要高速视距无线连接的领域，如用于蜂窝网络中的无线回程链路。他表示，轨道角动量可能非常适合被用于在“未通过光纤连接到核心网的小型基站密集网络”之间传输数据。他与南加州大学的同事安迪•莫利施（Andy Molisch）也看到了轨道角动量在数据中心中的潜力。威尔纳说：“利用更好的装备，（传输速率）可以更高。这样的无线回程对于数据中心或建筑物到建筑物的连接可能是一个巨大的通道。”
威尔纳表示，轨道角动量技术也可能用于其他领域，如显微镜。“在通信之外还有其他的潜在应用。我们将继续探索如何用前所未有的方式塑造并利用波的结构。”
作者：Ian Chant
来源：悦智网
