LED可见光通信:有灯便可通信

2021-05-23 照明小编 www.gdzrlj.com
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  可见光通信,是指利用荧光灯或发光二极管发出的高速明暗变化光信号来传输信息的一种技术手段。与无线电通信相比,可见光通信开拓了新的频谱资源,它的传输速率、安全性和私密性极高,无电磁干扰和辐射,也无需频段许可授权,借助LED灯就可低成本实现高速率无线通信,是典型的绿色通信技术。在2015年被联合国定为“光和光基技术国际年”后,可见光通信的价值和应用潜力为更多人所熟知,已成为世界各国竞相角逐的下一代核心通信技术。

LED可见光通信:有灯便可通信

  技术发展迅猛


  开辟崭新频谱资源

  当下,无线通信业务与应用的海量需求促使射频识别、蓝牙、超宽带、WiFi等无线通信技术层出不穷,也加剧了无线电频谱资源的供求矛盾。为寻求新的频谱资源和信息传输媒介,科学家把目光转向了可见光,并在短时间内取得突破性进展。

  1998年香港大学首先提出室外可见光通信概念。两年后,日本科学家提出以LED灯作为通信基站,进行室内无线通信的构想,并开展了基础理论研究。欧美各国把重点放在提高通信性能的技术难题上,英国一度把离线速率刷新到10Gbit/s。2008年,美国觉察到可见光通信的重大科研价值后,政府投资1.85亿美元启动“智慧照明”项目,计划10年内开发LED无线通信智能照明架构。

  中国科学院于2008年启动基于可见光通信的“半导体照明信息网”研究,国家973计划和863计划分别设置可见光通信技术重点研究项目。2014年,解放军信息工程大学牵头组建“中国可见光通信产业技术创新战略联盟”,将可见光通信的实时传输速率提高到50Gbps、调制带宽提高到430Mbps。

  专家小传:于宏毅,解放军信息工程大学信息系统工程学院院长,博士生导师,国家863计划项目“可见光通信系统关键技术研究”首席专家;获国家教学成果一等奖1项、国家科技进步二等奖1项、军队(省部级)科技进步一等奖1项、国家发明专利授权11项,出版专著2部。

  蕴含巨大价值


  有灯的地方就可通信

  有效性、可靠性和深度覆盖是检验通信系统的核心指标。相较于传统无线电通信,可见光通信在这些方面优势非常突出,它的频段介于400THz-800THz之间,是无线频谱的近1万倍,蕴含着巨大通信容量。

  相较于无线电通信对设备的高度依赖,很难达到泛在覆盖,可见光通信能通过电力线连接全球440亿盏室内外照明灯具,借助广泛覆盖的照明网络即可实现“照中通”,达到“有灯的地方就可通信”,非常容易得到普及,可有效解决通信的“末端接入”和“深度覆盖”问题。

  相比高速宽带无线电通信,可见光通信的发射器件是普通照明LED灯,接收器件是光电二级管或图像传感器,结构简单,成本低廉,属典型的绿色通信技术。同时,可见光具有定向辐射、快速衰减的特性,使其覆盖范围可控可限,大大降低了无线信号泄露的概率,窃取和干扰非常困难,通信安全可以得到保证。

  依托这些技术优势,可见光通信使得几乎无处不在的普通照明设备摇身一变,具备了“无线路由器”“通信基站”“网络接入点”的功能。

  产业化前景广阔


  将与无线通信技术深度融合

  2013年以来,随着可见光通信关键技术的不断突破,其推广应用迎来高潮,产业化步伐不断加速。需要指明的是,在应用上可见光通信并不是要替代现有无线通信技术,而是与其深度融合,相互补充。

  依托广泛覆盖的照明网络,可见光通信可促成互联网、广播电视网、移动通信网和电力网的深度融合,彻底打破目前“有线不便捷、无线不宽带、移动难覆盖”的窘境,破解未来无线通信如何实现高速传输、高密度接入、深度覆盖的问题。2013年,日本公司研发的可见光通信街灯系统投入实际测试,通信速度约100Mbps,有效范围可达200米。

  保障敏感区域安全通信也是可见光通信的主要应用方向。2014年10月,我国首个基于可见光通信的煤矿井下综合信息示范系统在平煤集团煤矿巷道中安装测试成功,可安全实现无线上网、井下导航定位、广播告警等功能。

  2013年10月,中国深圳光启公司商用光子会议系统亮相第十五届深圳高交会,实现了文字和多媒体信息通过LED灯光进行传输的功能。据日本媒体报道,日本Takaya研发出的汽车间可见光通信系统,速率也达到10Mbps。

  在军事应用方面,可见光通信在海洋水下安全通信等领域得到广泛应用。2014年5月,日本东洋电机研发出水下可见光高速通信装置,最大通信速率达到50Mbps。美国伍兹霍尔海洋研究所也有可见光应用于军事领域的相关报道,美国海军利用蓝绿光透明窗口开始为舰船探索新的通信方式。

  目前,可见光通信尚处于大规模产业化的启动阶段。早在2012年,我国著名信息通信专家邬江兴院士就提出“可见光通信产业将是具有万亿元级年产值的战略新兴领域。”此后,欧洲《2014年可见光通信组织市场调查报告》也预测,该产业年增长率可达84.9%,2022年产值将达到约2千亿美元。随着照明与通信深度融合技术、光学器件和反向链路技术等关键技术的进一步发展,这束璀璨的绿色信息之光必将很快照亮中国!