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用灯光也能上网

意林 日期:2022-3-31

无需Wi-Fi信号,只开一个LED(发光二极管)灯就能无线上网,这件听起来好像不可思议的事却已经成为现实。

什么是可见光通信技术

可见光通信技术是一种先进的无线通信技术。它利用LED发出的肉眼看不到的高速明暗闪烁信号来传输信息,具有传输数据率高、保密性强、无电磁干扰、无需频谱认证等优点,是理想的室内高速无线网络接入方案之一。LED发出的光是一闪一闪的,因为闪动频率极高,达到每秒数百万次,我们的肉眼分辨不出来,光敏接收器却能探测到。这种闪动其实就是一种“开”“关”过程,开就代表“1”,关就代表“0”,开开关关,0与1的各种组合就可以通过灯光来传递了,这就是可见光通信技术的基本原理。白炽灯因为在亮灭的变化过程中非常容易被损坏,且亮灭变化动作太慢,因而不具备这种通信功能。

可见光通信技术的优势

与传统的无线网络相比,可见光通信技术拥有很多优势。

首先,可见光通信技术传输速率更快。与使用无线电波进行通信的Wi-Fi、蓝牙等传统无线技术相比,被昵称为“LiFi”的可见光通信技术的数据传输速率更高,可达每秒数十MB至数百MB,未来传输速率还可能超过光纤通信。当前在实验室里,可见光通信技术实时传输速率已在米级距离上达到了每秒500MB,离线传输速率已达到每秒几GB。也就是说用可见光通信技术下载一部1GB的电影,只需不到1秒的时间。

其次,该技术还具有安全性高的特点。可见光只能沿直线传播,因此只有处在光线传播直线上的人才有可能截获信息。用窗帘遮住光线,信息就不会外泄至室外。

另外,可见光通信技术主要是利用无处不在的电灯资源。人们只需在LED灯泡中加入一个芯片,便可使其具有“无线路由器”“通信基站”“Wi-Fi接入点”,甚至“GPS卫星”的功能,从而无需再建任何新的基础设施。大规模实施可见光通信技术系统可以降低总体安装成本,同时可以帮助人们进一步降低电费、维护费用等操作成本。

最后,可见光通信技术辐射小,绿色环保,对人体无害,而且在对电磁信号敏感的环境中也能自由使用,比如飞机舱内和手术室内。

目前手机和无线终端发出的射频信号会对飞机的导航和通讯系统造成干扰,容易影响飞行安全,所以飞机上乘客的通信愿望是被限制的,但是有了可见光通信技术,乘客就可以轻松接入网络。

再比如在医院,高频电磁波类型的无线通信干扰可能会对某些仪器造成损害,特别是在手术中,那么这个时候可以用可见光通信技术安全、高效地控制某些设备或传输X光图像等。

可见光通信技术的研究现状

基于这些优势,可见光通信技术在未来通信领域中将占有重要的地位和价值,因此很多研究机构和电信运营公司加入到可见光通信技术的研究领域中来。

日本中川研究室自2000年开始对基于白光的可见光通信技术进行研究,至今已在可见光通信技术研究领域取得了很大的成就,还开发了面向商业化的基于可见光通信技术的超市定位及导航系统。

欧洲的20多家大学科研单位和企业也提出了OMEGA计划,对可见光通信技术展开了深入的研究。OMEGA计划的目标是发展出一种全新的能够提供宽带和高速服务的室内接入网路。OMEGA计划把可见光通信技术列为重要的高速网络接入技术之一,并且已经取得了丰硕的研究成果。

除了日本和欧洲的科研单位,美国的UC-Light也是进行可见光通信技术研究的重要机构。UC-Light依托于加州大学的4所分校和1个美国国家实验室,其研究人员的研究背景涉及建筑学、无线通信、网络、照明、光学、器件等领域。UC-Light成立的目的是开发一种基于LED照明的高速通信和定位系统。

中国的可见光通信技术研究起步相对较晚,与国际相比仍然落后很多,尚没有比较成熟的商用化的可见光通信技术系统。近年来,在国家大力支持的背景下,中国的可见光通信技术研究取得了一定的进步,在可见光通信技术理论、系统设计和计算机仿真、实验演示系统设计制作等方面都取得了一定的成果。2013年10月15日,复旦大学信息科学与工程学院传出好消息。研究人员将网络信号接入一盏1瓦的LED灯,灯光下的4台电脑即可上网,离线最高传输速率可达每秒3。25GB,实时平均上网速率达到每秒150MB。

可见光通信技术是一个“战略性新兴产业”,是解决网络融合“窘境”的融合剂,有巨大潜力等待挖掘。可见光通信技术可与Wi-Fi、电力线通信等其他技术融合。在现有网络之间,通过添加可见光通信技术这一新元素,实现业务互通、技术互补,可以形成完美的融合。

可见光通信技术可作为现有无线网络的补充技术,将渗入物联网、智慧城市、以太网供电、无线传感器网络、增强现实等领域,它的发展必然会使大家的生活更舒适、更便捷,也能为无线通信的发展提供新的解决方案。