可見光通信技術介紹

　　可見光通信技術，是利用熒光燈或發(fā)光二極管等發(fā)出的肉眼看不到的高速明暗閃爍信號來傳輸信息的，將高速因特網(wǎng)的電線裝置連接在照明裝置上，插入電源插頭即可使用。利用這種技術做成的系統(tǒng)能夠覆蓋室內(nèi)燈光達到的范圍，電腦不需要電線連接，因而具有廣泛的開發(fā)前景。

　　可見光通信技術的特點

　　與目前使用的無線局域網(wǎng)（無線LAN）相比，“可見光通信”系統(tǒng)可利用室內(nèi)照明設備代替無線LAN局域網(wǎng)基站發(fā)射信號，其通信速度可達每秒數(shù)十兆至數(shù)百兆，未來傳輸速度還可能超過光纖通信。利用專用的、能夠接發(fā)信號功能的電腦以及移動信息終端，只要在室內(nèi)燈光照到的地方，就可以長時間下載和上傳高清晰畫像和動畫等數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)還具有安全性高的特點。用窗簾遮住光線，信息就不會外泄至室外，同時使用多臺電腦也不會影響通信速度。由于不使用無線電波通信，對電磁信號敏感的醫(yī)院等部門可以自由使用該系統(tǒng)。

　　無需WiFi信號，點一盞LED燈就能上網(wǎng)。一種利用屋內(nèi)可見光傳輸網(wǎng)絡信號的國際前沿通訊技術在實驗室成功實現(xiàn)。研究人員將網(wǎng)絡信號接入一盞1W的LED燈珠，燈光下的4臺電腦即可上網(wǎng)，最高速率可達3.25G，平均上網(wǎng)速率達到150M，堪稱世界最快的“燈光上網(wǎng)”?？梢姽馔ㄓ嵄环Q為Lifi 。

　　無線電信號傳輸設備存在很多局限性，它們稀有、昂貴、但效率不高，比如手機，全球數(shù)百萬個基站幫助其增強信號，但大部分能量卻消耗在冷卻上，效率只有5%。相比之下，全世界使用的燈泡卻取之不盡，尤其在國內(nèi)LED光源正在大規(guī)模取代傳統(tǒng)白熾燈。只要在任何不起眼的LED燈泡中增加一個微芯片，便可讓燈泡變成無線網(wǎng)絡發(fā)射器。

　　可見光通訊安全又經(jīng)濟?？蒲腥藛T不僅在實驗室環(huán)境中利用可見光傳輸網(wǎng)絡信號，并且實現(xiàn)能夠“一拖四”，即點亮一盞小燈，4臺電腦即可同時上網(wǎng)、互傳網(wǎng)絡信號。光和無線電波一樣，都屬于電磁波的一種，傳播網(wǎng)絡信號的基本原理是一致的。

　　給普通的LED燈泡裝上微芯片，可以控制它每秒數(shù)百萬次閃爍，亮了表示1，滅了代表0。由于頻率太快，人眼根本覺察不到，光敏傳感器卻可以接收到這些變化。二進制的數(shù)據(jù)就被快速編碼成燈光信號并進行了有效的傳輸。燈光下的電腦，通過一套特制的接收裝置傳輸信號。有燈光的地方，就有網(wǎng)絡信號。關掉燈，網(wǎng)絡全無。與現(xiàn)有WiFi相比，未來的可見光通訊安全又經(jīng)濟。WiFi依賴看不見的無線電波傳輸，設備功率越來越大，局部電磁輻射勢必增強；無線信號穿墻而過，網(wǎng)絡信息不安全。這些安全隱患，在可見光通訊中“一掃而光”。而且，光譜比無線電頻譜大10000倍，意味著更大的帶寬和更高的速度，網(wǎng)絡設置又幾乎不需要任何新的基礎設施。

　　可見光通信技術原理

　　利用光的明暗來編碼信息。光源采用一種新時代的高亮度發(fā)光二極管（LED），LED亮了，就表示1，滅了就表示0?？茖W家哈斯聲稱通過在任何不起眼的LED燈泡中增加一個微芯片，可以控制它每秒數(shù)百萬次閃爍，由于頻率太快，人眼根本不會察覺到，但是光敏傳感器可以接收到這些變化。就這樣，二進制的數(shù)據(jù)就被快速地編碼成燈光信號并進行了有效的傳輸。

　　可見光通信技術前景分析

　　目前室內(nèi)無線通信能滿足要求的最好選擇就是白光LED。白光 LED在提供室內(nèi)照明的同時，被用作通信光源有望實現(xiàn)室內(nèi)無線高速數(shù)據(jù)接入。目前，商品化的大功率白光LED功率已經(jīng)達到5W，發(fā)光效率也已經(jīng)達到90lm/W，其發(fā)光效率（流明效率）已經(jīng)超過白熾燈，接近熒光燈。白光LED的光效超過100lm/W并達到200lm/W（可以完全取代現(xiàn)有的照明設備）在不久的將來即可實現(xiàn)。因而LED照明光通信技術具有極大的發(fā)展前景，已引起人們的廣泛關注和研究

　　1、智能交通系統(tǒng)的信息傳輸

　　智能交通系統(tǒng)經(jīng)由及時接收并發(fā)送有關交通運行狀況等相關信息，可達到減少交通擁堵、燃油消耗及交通事故等目的。圖像處理有助于行車人員開展交通信號燈識別、障礙物檢測等信息接收，屬于智能交通系統(tǒng)中的一項關鍵技術?？梢姽馔ㄐ偶夹g結合高速數(shù)據(jù)圖像傳感器在智能交通系統(tǒng)中有著十分可觀的應用前景。相關研究人員應用LED光及裝置于汽車上的高幀速、高分辨力攝像機開展路邊裝置與車輛相互間的通信，研究結果得出，這一系統(tǒng)可于車輛在30km/h行車速度，及在35m范圍內(nèi)發(fā)出源自256個LEDs陣列組成光源發(fā)送來的數(shù)據(jù)的有效接受。

　　2、可見光通信高速數(shù)據(jù)傳輸

　　大數(shù)據(jù)量，諸如高速信息流下載、高清視頻流傳輸?shù)刃畔@取，已然轉(zhuǎn)變成當今社會中必不可少的一部分。可見光通信技術可借助發(fā)散角度極小的關注開展數(shù)據(jù)傳輸，而可見光通信技術憑借其路徑傳輸損耗相對低的特征，使得高度帶寬的安全數(shù)據(jù)流接收、發(fā)送變得可實現(xiàn)。舉例而言，歐洲OMEGA工程推出了一種有著100Mb/s的4個高清數(shù)據(jù)流的可見光通信數(shù)據(jù)傳輸。采取正交頻分多路復用技術，經(jīng)由若干個LED光源朝一定范圍內(nèi)光電二極管探測裝置上開展數(shù)據(jù)傳輸。

　　3、可見光通信技術在航空領域的應用

　　可見光通信技術在航空領域的應用有著十分顯著的優(yōu)勢?？梢姽釲ED在新一代商用飛機上得到廣泛推廣，依托可見光通信對原本電纜、光纜予以取代，可促進縮減重量和體積、減少成本及減輕電磁干擾等，波音商用飛機平臺便在推進未來無限光網(wǎng)絡方案的研究。

　　延伸閱讀：我國可見光通信研究

　　經(jīng)工業(yè)和信息化部測試認證，我國“可見光通信系統(tǒng)關鍵技術研究”近日獲得重大突破，實時通信速率提高至50Gbps（比特每秒），相當于0．2秒即可完成一部高清電影的下載。

　　可見光通信是利用半導體照明（LED燈）的光線實現(xiàn)“有光照就能上網(wǎng)”的新型高速數(shù)據(jù)傳輸技術?？梢姽馔ㄐ偶夹g綠色低碳、可實現(xiàn)近乎零耗能通信，還可有效避免無線電通信電磁信號泄露等弱點，快速構建抗干擾、抗截獲的安全信息空間。

　　我國信息領域著名專家、中國工程院院士鄔江興介紹說，目前，全球大約擁有440億盞燈具構成的照明網(wǎng)絡，數(shù)百億的LED照明設備與其它設備融合將構筑一個巨大的可見光通信網(wǎng)?？梢栽O想，未來實現(xiàn)大規(guī)?？梢姽馔ㄐ藕?，每盞燈都可以當做一個高速網(wǎng)絡熱點，人們等車的時候在路燈下就可下載幾部電影，在飛機、高鐵上也可借助LED光源無線高速上網(wǎng)，滿足室內(nèi)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)4．0、安全支付、智慧城市、國防通信、武器裝備、電磁敏感區(qū)域等網(wǎng)絡末端無線通信需求，為互聯(lián)網(wǎng)+提供一種嶄新的廉價接入方法。

　　鄔江興預測，在未來數(shù)十年內(nèi)，信息的傳輸量將超出現(xiàn)有無線電頻譜的承載能力，可見光通信技術可有效突破無線電頻譜資源嚴重匱乏的困局，是具有廣闊應用前景的下一代無線通信技術之一，可形成萬億級年產(chǎn)值的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。

　　高速傳輸一直是可見光通信領域研究的焦點課題之一，解放軍信息工程大學于宏毅研發(fā)團隊采用光學和電學相協(xié)同的處理方法，突破了可見光空間通道互干擾高效抑制等關鍵技術，進入集成化、微型化設計與實現(xiàn)階段。這所大學是國內(nèi)較早從事可見光通信技術研發(fā)的科研單位，2013年牽頭承擔了我國首個可見光863計劃項目，并組建了“中國可見光通信產(chǎn)業(yè)技術聯(lián)盟”。經(jīng)過3年多的科技攻關，先后研發(fā)成功“可見光點播電視業(yè)務”“可見光新型無線廣播”“可見光精確定位”等應用示范系統(tǒng)。