如何更有效地使用有限的带宽 像洞穴中的鱼一样思考

发布时间:2020-04-27 12:54:50 【来源:

研究人员首次展示了一种基于光的设备,该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,来模仿鱼类令人难以置信的避免干扰反应(JAR)。新系统最终将有助于克服由于无线设备数量不断增加和传输的数据在有限的可用带宽上竞争空间而引起的频谱带宽紧缩。

本征狂人是居住在完全黑暗中的洞穴鱼类。为了在没有光的情况下生存,鱼会发出电场以与其他鱼交流并感知周围的环境。当两条鱼以相似的频率发出信号时,它们可能会相互干扰或干扰,从而产生加扰信号。得益于独特的神经算法,这些鱼类可以调节其电通信信号,从而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本征狂相同的干扰回避响应神经算法,但速度和频率要快得多,”佐治亚大学的研究组负责人Mable P. Fok说。“这可以提供一种更智能,更动态的方式来使用我们的无线通信系统,而无需进行复杂的协调过程,该过程目前可以通过为特定的电话运营商或用户(例如军方)保留整个带宽来防止阻塞。”

在光学协会(OSA)的《光学快报》上,研究人员展示了一种可用于避免干扰的基于光或光子的JAR。他们表明,该系统的性能与Eigenmannia的JAR十分相似,它可以检测另一个信号是否可能出现干扰问题,然后智能地将其发射信号移至更高或更低的频率,从而使其从干扰信号移开而不会越过其频率,会加剧干扰。

由于避免干扰系统是基于光的,因此只需稍作调整即可在广泛的频率范围内使用:从用于无线电和GPS通信的兆赫兹频率到手机和雷达使用的千兆赫兹信号。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

这项新技术可以在多个领域帮助解决信号干扰问题。例如,当飞机或军用车辆上的雷达在同一区域运行时,它可用于避免意外干扰。它也可以用于医院等环境中,其中无线设备可能会干扰来自医疗器械的无线传输。

Fok表示:“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对无线频谱的有效利用。”“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。这反过来可以使将移动技术带到可以使用该技术的发展中国家更加经济实惠。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组件(称为半导体光放大器(SOA))模仿本征曼尼亚的JAR。SOA标识其自身发射信号的属性,并将其用作检测潜在干扰并确定该信号的频率更高还是更低的参考。然后,它将发出的信号从潜在的干扰信号移开。

Fok表示:“要创建光子系统,我们必须了解本机狂人的神经元如何执行JAR,然后将其从工程学角度转换为光子设计。”“由于SOA实际上非常像神经元,因此可以用来完成所有必要的任务。”

研究人员在电磁频谱的微波区域中使用各种类型的干扰信号测试了它们的光子JAR,该信号用于蓝牙等局域网无线网络。霍克说:“我们可以看到光子JAR系统在干扰信号接近时移动信号频率,而在干扰频率消失时停止移动。”“它是自动发生的,几乎好像还活着。”

研究人员正在努力改进该系统,以使其能够响应附近的多个干扰信号。他们还希望使该系统具有可移植性,并且对于非技术用户来说更加友好。

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