Een andere technische inrichting van het thuisnetwerk maakt het mogelijk om er veel meer apparaten aan te koppelen. Elektrotechnicus dr. Zizheng Cao promoveerde aan de TU Eindhoven op het ontwerp van een optisch gestuurde radiobundel.

Voor zijn nieuwe opzet van het thuisnetwerk koos Cao voor een optische backbone met een glasvezelkabel. In elke afzonderlijke kamer plaatst hij op die kabel één of meer toegangspunten (picocellen) vanwaaruit een gerichte radiobundel contact maakt met de aan te sluiten apparaten. Hij bereikt daarmee forse winst wat betreft capaciteit en energiegebruik, bewees hij met demonstratieapparatuur.

De gebruikelijke situatie bij iemand thuis is dat de router die is aangesloten op het internet, tevens dient als de wifi-hotspot die de gehele woning bedient. Zijn er maar een paar gebruikers en bevinden die zich niet te ver van de router, dan functioneert dat systeem prima. Maar zodra dat aantal toeneemt, gaat ieders capaciteit evenredig omlaag. En dat is dus precies wat er staat te gebeuren wanneer straks steeds meer apparatuur gaat communiceren met het internet – denk aan de thermostaat, laptops, tablet computers, smartphones en de babyfoon. Ook moet het signaal aanzienlijk sterker zijn als het door meer muren heen moet en het huis groter is. De enkele wifi-hotspot is al met al geen blijvende oplossing voor het ontluikende tijdperk van het ‘internet der dingen’.

Binnen de picocel is verdere energiebesparing mogelijk door het wifi-signaal

te richten op het apparaat dat moet worden verbonden

Het voordeel van een thuisnetwerk met een optische ruggengraat is dat deze aan elk toegangspunt een individuele bandbreedte toekent, zodat de totale capaciteit optimaal wordt gebruikt. De thermostaat, elektronische babysitter en de laptop die een film streamt, hebben immers verschillende bandbreedtes nodig.

De picocellen zorgen voor een aanzienlijke energiebesparing, omdat ze slechts (een deel van) een kamer bestrijken in plaats van de gehele woning. Binnen zo’n picocel is nog verdere energiebesparing te bereiken door het wifi-signaal te richten op het apparaat dat moet worden verbonden. Op het moment dat een apparaat contact wil maken, ontdekt het draadloze toegangspunt van de netwerkbackbone waar het apparaat zich bevindt door daarop in te zoomen met een steeds smaller wordende radiobundel. Vervolgens wordt met die smalle radiobundel de dataverbinding gelegd.

Cao bedacht voor beide onderdelen van het thuisnetwerk een technische oplossing, waarbij die voor het richten van de radiobundel het meest baanbrekend is. Normaliter wordt een radiobundel gericht middels een zogeheten phased array-antenne door de radiogolf vanuit elk antenne-element een bepaalde fase te geven, zodat de afzonderlijke radiosignalen elkaar in een bepaalde richting versterken. Deze techniek werkt echter alleen adequaat voor signalen met een beperkte bandbreedte. Voor breedbandige signalen zijn vaste tijdvertragingen nodig tussen de antenne-elementen (true time delays). Cao heeft deze gerealiseerd met een optisch geïntegreerd circuit met tijdvertragingslijntjes. Daarmee is ook bundelsturing in twee dimensies mogelijk, zodat door enkel de optische golflengte te variëren elke plek in de kamer is te bereiken. Op deze techniek is inmiddels een patent aangevraagd. Cao promoveerde cum laude bij de groep Electro-Optical Communication Systems (ECO) van de faculteit Electrical Engineering van de TU Eindhoven, met als promotor prof.ir. Ton Koonen.