MIMO光通訊開啟應用新可能

光通訊是相當古老的早期遠距訊號傳輸方式。透過反射表面，可以反射太陽光並將其引導至特定位置，作為訊號或警示。這種定向反射也相當隱密，通常只有預定的目標才能看見。

時至今日，市面上仍在使用光通訊，主要用於光纖和電視遙控器，現在無線射頻成為高速單向和全方位通訊的首選電磁媒介。不過，這並不代表光通訊會被淘汰。裝置製造商正致力尋求拓展行動裝置及固定位置裝置的通訊方式，因此有一種較新的並行(Parallel)光通訊正受到眾人關注。

多重輸入多重輸出(MIMO)原先是針對無線射頻(RF)而開發，目前已被無線射頻工程師用來增加頻寬，讓RF通訊的資料傳輸速率比單一頻寬更高。這種方式使用不同頻率的多載波傳輸訊號，以實現並行資料傳輸而非僅是串列傳輸。光學MIMO(Optical MIMO)也能使用光來達成這項目標。

光學MIMO主要技術類型

光學MIMO採用可見光，使照明系統能以三種方式和其他設備通訊。其中一項技術是採用由多色發光二極體(LED)組成的單一發射器，每顆LED都是一台發射器。由於在接收器端使用光學濾鏡，每種顏色都可以與其他顏色並行傳輸資料。這種技術稱為Lambda MIMO。

另一種方式是同時採用多個發射器，例如把多個發射器放在天花板的不同位置。這樣一來，每個發射器都是種類和顏色相同的LED，而並行接收器(如相機)會重新結合不同空間的光線，形成並行資料傳輸。這種方式稱為s-MIMO。

第三種技術結合了前述兩種方式，採用多個發射器，每個發射器顏色皆不同，並放置在不同的位置。這種方式稱為h-MIMO，使用並行感應器(如相機)以並行解碼空間和顏色不同的光波。

談到解碼，LED光線和無線射頻調變技術並不相同，前者通常為單色，以降低成本，因此波長調變並非可行之道。這時可以改用脈衝寬度和脈衝頻率調變技術。類似正交分頻多工(OFDM)的RF技術允許多名用戶使用，但會限制資料速率；相較之下，非正交多工存取(NOMA)技術似乎較具優勢。

這裡的關鍵在於控制每種顏色的發射振幅和每種顏色的接收增益值。這就是選用正規化增益差動功率分配(NGDPA)以降低複雜度並提升效率的原因。

有趣的是，實驗資料顯示，採用增益比功率分配(GRPA)和NGDPA的頻道資料速率可達55Mbps。雖然兩種做法都很有效，但NGDPA略勝一籌。藉由兩種採用NOMA技術的來源，總速率能達到110Mbps。

看到那道光了嗎？

既然已經有這麼多RF技術和協定能夠有效地讓裝置實現優異的通訊，為什麼還有人想使用仰賴近距離和視距範圍(Line of Sight)的光通訊技術？以下將逐步解析採用此智慧照明技術的理由和潛力應用。

首先，光通訊可省去繁瑣的認證和核准流程，不需要跨越FCC、TÜV或其他昂貴的國際標準障礙。其次，這項技術不會受到環境電磁干擾(EMI)的影響，其他RF來源的干擾不會降低其性能，即使是非常強烈的電磁脈衝和尖峰值(例如啟動大型發動機)也不會擾亂資料完整性。

LED和光接收器的成本比天線、RF前端和濾波器等還低。LED型散射光束光通訊的距離的確較短，但仍有許多應用能夠利用這些特性。例如，醫院病床能使用MIMO傳輸心跳、血壓等重要資料，不會占用任何RF頻寬，並且具有固定位置可以裝設發射器和接收器(實現高可靠度)，也不會受到雷擊或其他可能產生干擾的高強度脈衝雜訊源的影響。

採用光通訊，不需要透過線路即可讀取引擎和馬達內部的感測器，並且抗干擾性相當高。透過不同顏色的LED和濾波光接收器，還可以進行雙向通訊。例如，MIMO型通訊可內建於飛機座椅中，讓旅客能在飛行途中使用行動裝置，而不必擔心會對飛機的導航RF造成干擾。

手機製造商深諳非RF通訊的諸多優點。三星已在其S10系列提供4×4 MIMO陣列，下載速度達2Gbps，上傳速度達120Mbps；Apple也在iPhone 12型號提供4×4 MIMO陣列。

筆記型電腦、平板電腦、手表和其他裝置也可以受惠於這項技術。該技術甚至能用於汽車，以便減少我們吸收的無線射頻能量。超市可採用MIMO與各種產品的價格顯示器進行通訊，進而節省漲價調整標示價格所花費的時間和金錢(畢竟價格不太可能一成不變)。

光通訊：MIMO技術新應用

MIMO技術起初是為了RF而引進，可以拓展頻寬並支援比單一頻寬更高的資料速率。MIMO使用不同頻率的多載波訊號以傳輸資訊，以達成並行資料傳輸的目標，而非僅以串列資料傳輸。光學MIMO也能達成這項目標，LED型的低成本多波長光通訊不受無線射頻雜訊的影響，且能夠透過傳送並行資料，實現優異的短距視距資料速率。

(本文作者為貿澤電子特約作家)