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探究可見光通信LiFi的“前世今生”

時間：2017-07-27 15:33:00 瀏覽：4468次

2013年10月，復旦大學傳出好消息，LED可見光通信技術在其計算機科學技術學院實驗室成功實現(xiàn)。研究人員將網絡信號接入一盞1W的LED燈珠，燈光下的4臺電腦即可上網，最高速率可達3.25G，平均上網速率達到150M，堪稱世界最快的“燈光上網”。一時間，“復旦大學實現(xiàn)點燈上網”的消息不脛而走。隨后，有關可見光通信技術的消息就如潮水般涌來，LiFi徹底火了一把。
　　可見光通信研究早已開啟
　　可見光通信這一概念并非2013年才有。實際上，早在2000年，日本慶應大學的Tanaka等人和SONY計算機科學研究所的Haruyama就提出了利用LED燈作為通信基站進行信息無線傳輸?shù)氖覂韧ㄐ畔到y(tǒng)。2002年，Tanaka和Komine等人對LED可見光通信系統(tǒng)展開了具體分析，并于同年正式提出了一套結合電力線載波通信和LED可見光通信的數(shù)據傳輸系統(tǒng)。時光飛逝，科研人員從未放棄研究，終于在2008年10月的東京國際電子展上，日本太陽誘電公司向全世界首次現(xiàn)場展出了白光LED的通信系統(tǒng)，當時，它的最大傳輸距離僅20cm。雖然這個距離相當短，但在當時，那確實是獨一無二的創(chuàng)新技術!
　　鏡頭切換到國內可見光通信研究。2006年，北京大學首次提出了基于廣角鏡頭的超寬視角可見光信號接收方案，并進行了一系列的理論和實驗工作。2008年，繼日企首次公開展示白光LED通信系統(tǒng)之后，暨南大學教授陳長纓研制出國內首臺白光LED可見光通信樣機，傳輸距離大于2.5米。但直到2013年，“復旦大學實現(xiàn)LED燈光上網”的消息瘋傳網絡，LED可見光通信才真正地呈現(xiàn)在國內民眾面前。
　　繼日本、中國之后，歐洲國家也陸續(xù)展示可見光通信研究。2009年，牛津大學的Brien等人利用均衡技術實現(xiàn)了100 Mbit/s的通信速率;次年，他們展出了室內可見光通信演示系統(tǒng)，利用16個白光LED通信，完成了4路高清視頻實時廣播。到2010年，德國Fraunhofer Henrich Hertz Institute實驗室的科研人員將這一通信速率提高到513 Mbit/s，創(chuàng)造了當時可見光通信速率的世界紀錄。當時的可見光通信還不叫LiFi，而是VLC(Visible Light Communication)。直到2011年，愛丁堡大學哈拉爾德?哈斯教授演示了帶有信號處理技術的LED燈泡如何將高清視頻傳輸?shù)诫娔X上，并將可見光通信命名為LiFi(Light Fidelity)。2013年10月，來自英國多所高校的研究者們將LiFi的通信速率刷新到高達10Gb/s。
可見光通信技術正在商業(yè)化
　　LED可見光通信并非實驗室里的“寵物”，它已經逐漸實現(xiàn)了商業(yè)化。2013年10月，哈斯教授創(chuàng)立的PureLiFi(原名為PureVLC)公司向美國一家醫(yī)療機構售出第一套LiFi設備，價值5000歐元(人民幣約4.1萬元)。這場交易標志著LiFi的實用商業(yè)價值正式被認可。
　　近日，在今年的國際消費電子展(CES)期間，法國Oledcomm公司演示了可以實現(xiàn)光通信技術的手機設備。技術和工作人員將智能手機的前置攝像頭改裝成光線感應器，讓觀眾親眼見證LiFi光通信技術，傳輸速率約為10Mpbs。該公司表示，明年將會實現(xiàn)可見光通信產業(yè)化。
　　可見光通信應用領域廣泛
　　可見光通信主要有四大應用領域有：1)照明與通信，信息可以在室內環(huán)境下進行廣播，并同時滿足照明的需求;2)視覺信號與數(shù)據傳輸，信號燈主要通過顏色的變化來給人們提供信號，而將數(shù)據通信與信號燈相結合則可以為交通管理提供更好的安全可靠性;3)顯示與數(shù)據通信，LED顯示屏通常用于顯示信息，如果將相應的信息和數(shù)據直接傳輸給用戶手持終端，將會提供很大便利，在火車站、機場等場所有著巨大的應用前景;4)室內定位，可見光通信可以將用戶的位置信息通過照明設施來進行傳遞，較傳統(tǒng)衛(wèi)星定位更為精準。
　　可見光通信之未來展望
　　新技術的開發(fā)和推廣并不總是一帆風順，LiFi雖然優(yōu)點多多，卻也會面臨諸多技術難題。比如：白天關燈了怎么上網?可見光無法穿透物體，如果燈光被阻擋，信號就將被切斷怎么辦?數(shù)據回傳難怎么解決?
　　這些問題實在令人頭疼，研究者們正費盡心思找尋解決途徑。復旦大學信息科學與工程學院教授遲楠表示，國際上已經在研究一種新技術，在LED燈不發(fā)光等情況下，通過接通弱電流實現(xiàn)上網功能。而哈斯教授則講過，WiFi可以成為LiFi的補充技術，當燈光信號被阻擋的時候，可以無縫地切換至射頻通信系統(tǒng)。另外，遲楠教授表示，數(shù)據的雙向傳輸仍然是一大難題。燈光照射在電腦上容易，但在電腦或手機上安裝燈泡回傳數(shù)據卻非易事。
　　遲楠表示，可見光通信沒有專用芯片組，發(fā)射接收系統(tǒng)非常龐大，這些都需要完善。我們要客觀看待可見光通信技術。LED燈不是為通信而設計，所以LED燈珠帶寬很窄，約20MHz，而且有很強的非線性效應。探測器也不是專為可見光波段設計，藍光不是最敏感頻段。所以在材料、器件、封裝、模塊等方面都需要做一系列研究。她介紹，目前在復旦實驗室里，從燈光通訊控制到芯片設計制造等一系列關鍵技術產品，都是研究人員自己動手做。用于收發(fā)網絡信號的發(fā)射器和接收器，都有兩個筆記本電腦那么大，顯然無法普及。
　　所以，相關芯片的壓縮和產業(yè)化，是燈光上網走進尋常百姓家面臨的首要難題。遲楠表示，芯片壓縮的研發(fā)需要大筆資金，在人們已經有了WiFi的前提下，究竟還會不會花大把的錢來研發(fā)LiFi所需的芯片就不得而知。但總體來說，LiFi無疑是下一代智慧城市的應用。在下一代城市中，智能電網完備，智能電線連接到千家萬戶。再配上集約化芯片所做成的可見光通信發(fā)射和接收設備，LED燈光上網就可以普及。

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