LED可見光通信――引領未來生活
2012-02-06 22:56:51 本站原創不久前，英國可見光通信研究被《時代周刊》評為2011年全球50大科技發明之一。在我國，基于LED可見光通信的智能家居系統和上網系統已經在上海世博會和最近的廣州高新技術展示會上展示，并引起了觀眾的強烈好奇燈光在提供照明的同時，是如何實現通信功能的呢？就此，我們采訪了我國可見光通信專家陳雄斌。
LED燈“一開一關信息就傳過去了
遼寧日報：通信在我們的生活中越來越普遍和重要，通信技術深刻地影響著我們的生活，它的每一個技術進步都會引發關注，我們對光纖通信、對寬帶、對無線通信都耳熟能詳，而當英國的可見光通信研究被《時代周刊》評為2011年50大發明之一，我們覺得很新鮮。利用照明設備、可見光真的可以實現通信嗎？
陳雄斌：要看是什么樣的照明設備，普通的燈具如日光燈、白熾燈不適合當作光通信的光源，而LED燈則非常適合做可見光通信的光源，在照明的同時實現較高速率的光通信。
遼寧日報：現在LED半導體照明很“熱，但這個“熱是基于它獨特的照明功能，沒想到它還能實現通信功能，與紅外線通信是同一性質嗎？
陳雄斌：LED照明節能、可靠、使用壽命長，作為下一代主流照明技術正在大力推廣。它除了用于背光、照明、顯示，還能實現光學無線通信。而紅外通信的光源其實也包括LED，只是它發出的光是人眼不可見的紅外光，而照明LED發出的光是可見光，所以，可見光通信比紅外線（光）通信對人眼睛的安全性要高些。
遼寧日報：為何LED能實現通信功能，而普通白熾燈卻不能？
陳雄斌：其實LED發光是一閃一閃的，因為閃動頻率極高，我們的肉眼 “功能太差分辨不出來，這種閃動其實就是一種開、關過程，LED這一開一關就可以承擔發送信息的任務了，比如，開就代表“1，關就代表“0，通過信息編碼也就是0與1的各種組合，就可以通過燈光來傳遞了，燈光在空氣中傳輸就類似于光纖通信中信息在光纖中傳輸一樣，這就是LED可見光通信的基本原理。LED作為半導體器件，這種高速的亮滅也就是開關的通斷能力是它的特性，而白熾燈因為在亮滅的變化過程中非常容易被損壞，且亮滅變化動作太慢，因而不具備這種通信功能。
遼寧日報：具體是怎樣的過程？信息從哪里來，又被傳到哪里去？ LED光在其中扮演什么角色？
陳雄斌：來自智能家居系統中央控制器的控制指令信號對LED燈進行調制后轉換為光信號，以燈光照射的方式實現下行傳輸，在燈光照射范圍內安置的接收設備就可以接收光信號，并能把光信號轉換為電信號，實現信息、指令的接收。LED光源是一個電光信號的轉換器，可當作光學無線局域網絡（WLAN）數字發射機的光源。
遼寧日報：光線是散亂而且是多方向的，在光源和探測器之間存在許多條不同的光路，探測器能夠準確地接收嗎？
陳雄斌：因為不同的光路徑到達接收機的時間不同，確實存在碼間干擾的問題，這是需要解決的，我們通過燈具設計結合編碼調制技術避免了多徑效應引起的碼間干擾。
手術室、飛機機艙可見光通信一顯身手
遼寧日報：與光纖通信及基于射頻的無線通信相比，LED通信有什么特點和優勢？
陳雄斌：大家熟知的光纖傳輸，得拉線、布網，而可見光通信借用照明網絡中的照明燈進行通信，只要在有LED照明范圍內的自由空間就可以實現無線數據通信。目前常用的無線射頻通信中的射頻信號對人體有害，且容易對其他設備產生電磁干擾，不適宜在電磁敏感區使用，而LED可見光通信則沒有這些問題。此外，LED通信還具有安全性高的優勢，用窗簾遮住光線，信息就不會外泄至室外。
遼寧日報：那么，LED可見光通信能否替代現在的光纖通信和無線通信？
陳雄斌：現在有很多種無線通信技術，如藍牙、Wi-Fi、WiMax和LTE等，LED可見光通信雖然有很多優點，但是還不能、也沒有必要完全取代其他無線通信方式。 LED可見光通信讓我們多了一種無線技術的選擇，讓我們能在不希望或不可能使用無線電傳輸網絡的場合比如飛機上、醫院里發揮它的作用。
手術室、飛機機艙可見光通信一顯身手
遼寧日報：與光纖通信及基于射頻的無線通信相比，LED通信有什么特點和優勢？
陳雄斌：大家熟知的光纖傳輸，得拉線、布網，而可見光通信借用照明網絡中的照明燈進行通信，只要在有LED照明范圍內的自由空間就可以實現無線數據通信。目前常用的無線射頻通信中的射頻信號對人體有害，且容易對其他設備產生電磁干擾，不適宜在電磁敏感區使用，而LED可見光通信則沒有這些問題。此外，LED通信還具有安全性高的優勢，用窗簾遮住光線，信息就不會外泄至室外。
遼寧日報：那么，LED可見光通信能否替代現在的光纖通信和無線通信？
陳雄斌：現在有很多種無線通信技術，如藍牙、Wi-Fi、WiMax和LTE等，LED可見光通信雖然有很多優點，但是還不能、也沒有必要完全取代其他無線通信方式。 LED可見光通信讓我們多了一種無線技術的選擇，讓我們能在不希望或不可能使用無線電傳輸網絡的場合比如飛機上、醫院里發揮它的作用。
遼寧日報：飛機上是不可以打手機及上網的，用LED可見光通信可以實現嗎？
陳雄斌：目前手機和無線終端發出的射頻信號會對飛機的導航和通訊系統造成干擾，容易影響飛行安全，所以飛機上乘客的通信愿望是要被限制的，但是有了LED可見光通信，只需在飛機上加裝一個中央控制器，將接收到的衛星信號輸送到乘客座位上的LED閱讀燈上，此時的LED閱讀燈作為一個網絡接入點，接收并發射信息，放置在其下方的筆記本電腦就能接入互聯網；再比如醫院，高頻電磁波類型的無線通信干擾可能會對某些儀器造成損害，特別是在手術中，那么這個時候也可以用可見光通信安全、高效地控制某些設備或傳輸X光圖像等。另外LED通信還可用于智能交通系統，實現交通信息的實時廣播和身份識別等功能。
遼寧日報：這些目前都已經能夠實現了嗎？
陳雄斌：是的，我們已經做了光學無線的智能家居系統和上網系統，只是還沒有大規模地推廣開來，在一些細節上還要完善。下一步我們將對應用系統的功能進行完善，同時還計劃研發博物館展品講解系統。
利用LED可見光通信實現的機艙網絡系統（上）和（下）
構建智能家居系統簡簡單單三步就行
遼寧日報：科學界是從什么時候開始研究LED可見光通信的？
陳雄斌： 1999年由香港大學電子工程系的一位教授提出了可見光通信技術，日本KEIO大學的教授發展了該項技術，并于2003年12月成立了可見光通信協會，隨著半導體照明技術的發展，可見光通信技術研究發展也獲得了新的動力。
遼寧日報：由于在室內一定會安裝照明系統，所以感覺LED可見光通信將會有直接而廣泛的應用，會深入到每個家庭和單位，發揮更大的通信作用。
陳雄斌：我想應該是這樣。剛才在演示廳為您演示的就是一套新型的智能家居系統，它實現了照明網絡和通信網絡的融合裝在墻上的中央控制器可以控制家里和安防系統的電器，并有觸摸屏。當啟動了某個指令，控制器將這個指令傳給LED光源，LED光源再通過可見光傳到光照范圍內的電器上，由于電器上安裝有微小的探測器，接收到指令后就會進行相應的動作。而我們對中央控制器的指令既可以通過觸摸屏操作，也可以像剛才我演示的那樣通過手機來發送，手機充當了智能家居系統的集中遙控器，這得益于我們為中央控制器開發的網絡遠程接入功能。這套智能家居系統使人們可以隨意控制家居電器，比如，下班回家前在路上，你可以用手機控制家里的LED燈指揮家電工作，電飯鍋煮飯、熱水器打開、空調開啟，回家后可馬上享用。要享受這種生活很容易，系統改造只需三步。第一步是用我們的LED燈替換舊的燈具；第二步是給中央控制器插上電；第三步是給受控電器加裝白光通信接收機。不需要重新布線，非常方便。
遼寧日報：這套可見光通信目前的傳輸速率能達到多少？
陳雄斌：2010年上海世博會上我們的上網系統是2Mbps.
遼寧日報：去年英國那個研究可見光通信的小組實現的10兆/秒是如何實現的，他們的和我們的有什么不同？
陳雄斌：英國物理學家哈拉爾德-哈斯教授的LED燈光上網系統速率是10M，從速率上來說，他們現在的上網速率比我們高，而我們要達到這個速率也是可能的，目前我們側重做的是一個系統應用。
遼寧日報：看來，LED可見光通信的前景十分喜人。
陳雄斌：歐美日韓等發達國家都在加緊研制和發展這一領域，在某些方面達到了較高的技術水平，我國在這方面通過國家的重視和科研人員的努力，不但掌握了LED可見光通信的先進技術，而且有了實際的應用設計，正處于產業化的前夜，產業界的應用需求是技術發展的不竭動力，我們正在開展低照度可見光通信以及單片集成可見光接收機芯片設計等研究工作。我們相信，LED可見光通信技術的發展必然會使大家的生活更舒適、更便捷，也能為無線通信的發展提供新的解決方案。
