LED的数字时代：探可见光通信LiFi的“前世今生”

2013年5月，清华大学与勤上光电签订了LED无线光通信项目，将一个新名词“LED无线光通信”抛到公众面前。当时，大众对这一名词都比较陌生，或只知其名不知其事。同年10月，复旦大学又传出好消息，LED可见光通信技术在其计算机科学技术学院实验室成功实现。研究人员将网络信号接入一盏1W的LED灯珠，灯光下的4台电脑即可上网，最高速率可达3.25G，平均上网速率达到150M，堪称世界最快的“灯光上网”。一时间，“复旦大学实现点灯上网”的消息不胫而走。随后，有关可见光通信技术的消息就如潮水般涌来，LiFi彻底火了一把。可见光通信研究早已开启

LiFi实现视频播放 图片来源：PureLiFi可见光通信技术正在商业化 LED可见光通信并非实验室里的“宠物”，它已经逐渐实现了商业化。2013年10月，哈斯教授创立的PureLiFi（原名为PureVLC）公司向美国一家医疗机构售出第一套LiFi设备，价值5000欧元（人民币约4.1万元）。这场交易标志着LiFi的实用商业价值正式被认可。 国内，2013年11月，勤上光电与清华大学合作成功研发出LiFi通信手机版样品，并预计最终达到iPhone大小和轻薄的程度，实现市场化。 近日，在今年的国际消费电子展（CES）期间，法国Oledcomm公司演示了可以实现光通信技术的手机设备。技术和工作人员将智能手机的前置摄像头改装成光线感应器，让观众亲眼见证LiFi光通信技术，传输速率约为10Mpbs。该公司表示，明年将会实现可见光通信产业化。 顺应可见光通信的快速发展，国内各种投资、推广也一应展开。2013年9月，珠海华策集团斥巨资20亿元研究LED白光通信；2013年12月，重庆成为可见光技术推广应用试点城市；同月，江宁开发区中国无线谷的移动通信国家重点实验室专家表示，可见光通信技术应用设备明年有望在江宁开发区产业化。厂商的大手笔投资、政府的大力扶持都昭示着可见光通信前景可期。可见光通信应用领域广泛 虽然可见光通信这一名词我们是耳熟能详了，但具体到它的应用领域，却未必都知晓。LEDinside小编献丑为您解读，其主要四大应用领域有：1）照明与通信，信息可以在室内环境下进行广播，并同时满足照明的需求；2）视觉信号与数据传输，信号灯主要通过颜色的变化来给人们提供信号，而将数据通信与信号灯相结合则可以为交通管理提供更好的安全可靠性；3）显示与数据通信，LED显示屏通常用于显示信息，如果将相应的信息和数据直接传输给用户手持终端，将会提供很大便利，在火车站、机场等场所有着巨大的应用前景；4）室内定位，可见光通信可以将用户的位置信息通过照明设施来进行传递，较传统卫星定位更为精准。

可见光通信之未来展望

新技术的开发和推广并不总是一帆风顺，LiFi虽然优点多多，却也会面临诸多技术难题。比如：白天关灯了怎么上网？可见光无法穿透物体，如果灯光被阻挡，信号就将被切断怎么办？数据回传难怎么解决？ 这些问题实在令人头疼，研究者们正费尽心思找寻解决途径。复旦大学信息科学与工程学院教授迟楠表示，国际上已经在研究一种新技术，在LED灯不发光等情况下，通过接通弱电流实现上网功能。而哈斯教授则讲过，WiFi可以成为LiFi的补充技术，当灯光信号被阻挡的时候，可以无缝地切换至射频通信系统。另外，迟楠教授表示，数据的双向传输仍然是一大难题。灯光照射在电脑上容易，但在电脑或手机上安装灯泡回传数据却非易事。 迟楠表示，可见光通信没有专用芯片组，发射接收系统非常庞大，这些都需要完善。我们要客观看待可见光通信技术。LED灯不是为通信而设计，所以LED灯珠带宽很窄，约20MHz，而且有很强的非线性效应。探测器也不是专为可见光波段设计，蓝光不是最敏感频段。所以在材料、器件、封装、模块等方面都需要做一系列研究。她介绍，目前在复旦实验室里，从灯光通讯控制到芯片设计制造等一系列关键技术产品，都是研究人员自己动手做。用于收发网络信号的发射器和接收器，都有两个笔记本电脑那么大，显然无法普及。 所以，相关芯片的压缩和产业化，是灯光上网走进寻常百姓家面临的首要难题。迟楠表示，芯片压缩的研发需要大笔资金，在人们已经有了WiFi的前提下，究竟还会不会花大把的钱来研发LiFi所需的芯片就不得而知。但总体来说，LiFi无疑是下一代智慧城市的应用。在下一代城市中，智能电网完备，智能电线连接到千家万户。再配上集约化芯片所做成的可见光通信发射和接收设备，LED灯光上网就可以普及。LEDinside编辑观点： 技术革新的速度之快超出人们的想象，当人们还沉浸在“蹭免费WiFi”的小窃喜当中，LiFi的脚步已经悄然靠近。科技创新就是突破常规，让“非分之想”成为现实。LED灯具与网络的结合，无疑是21世纪数字时代的发展潮流，为LED照明的推广和网络的进一步普及画下浓墨重彩的一笔。不管LiFi目前的发展如何，难题几许，人们总能找出方法推动它的前进。几年或者十几年后，未来的某一天，我们总会见证LED灯光上网处处开花！

可见光通信：点亮世界 通联未来

可见光，作为生命最初的色彩，在其见证下，人类慢慢从愚昧走向开化，从野蛮走向文明。然而，随着科学技术的进步，人们惊奇地发现，可见光不仅可以照亮世界，而且还可以在一种颠覆传统观念的新技术支持下，实现通联整个世界的梦想。这种利用可见光来传输信息和数据的新技术就是可见光通信，又称“Li-Fi”。

畅想未来，可见光通信网络或许是这样的：在路灯下，借助LED光源就能在线阅读、下载电影；在飞机、高铁、医院等场所，只需借助座椅上的阅读灯，你就可以上网，甚至能看高清视频；在无线电波传播受限的特殊环境中，比如水下、水面舰艇或潜艇内部，我们也能借助定制的可见光通信设备实现通信畅通。可以预见，可见光通信有着广泛的应用前景，它的神秘面纱正在被逐渐揭开。

无线尖兵“青出于蓝”

从传播特性看，可见光通信仍属于无线通信的一种，只不过信息的传输载体不是传统的无线电波（频率范围3赫兹～3000吉赫兹），而是频率高达384～769太赫兹的可见光波。它是一种利用可见光波谱作为载体来传输数据的全新无线传输技术，通过给LED灯泡装上微芯片，可控制其每秒数百万次闪烁，其中灯亮代表“1”，灯灭代表“0”，二进制的数据被快速编码成灯光信号并进行有效传输。

而灯光下的手机、平板电脑等各类终端设备，通过集成特制的光敏传感器，就能读懂蕴藏在灯光中的“摩尔斯密码”，从而达成高速信息传输的目的。由此看来，与无线电波通信这位“老大哥”相比，可见光通信在基本原理上虽无特别不同，却有着“青出于蓝”的特殊优势。

传输带宽更大。当前，传统的无线电波通信正面临“频谱短缺”的窘境，10～60吉赫兹的可用频谱，抢占优先使用权的趋势更加明显。而可见光通信频谱宽度比现有无线电波可用带宽高4个数量级，完全不用担心频谱不够用的问题。

组网运用更活。传统的无线电波通信组网比较复杂，既需要安装大量辐射射频信号的信息基础设施和终端设备，又极易产生电磁兼容和相互干扰问题。而可见光通信无需建立基站，也无需频段许可授权，只需在LED灯泡中加装芯片，便可使其具有“通信基站”“无线路由器”“GPS卫星导航”等功能，从而实现有灯光的地方就有网络信号，真正实现“末端直通”“泛在互联”。这对于机舱内部、水面舰艇、潜艇、地下坑道等电波传播受限的环境，可极大弥补电磁覆盖的不足，并有效避免电磁兼容和相互干扰问题。

保密性能更好。由于可见光通信必须在LED光源开启时才能传输，灯光关闭时通信功能便会失效，因此只需加装遮光设备使光线透不出去，就能形成封闭式通信网络，其安全等级较其他无线传输技术更高。此外，由于可见光只能沿直线传播，且其上行和下行信道是独立运行的，黑客必须处在同一个房间之中，并同时侵入两个信道才能完成一次真正意义上的攻击，要想在光线传播线路之外进行信号窃取和干扰非常困难。

国际竞争日趋激烈

日本最先启动了可见光通信的相关研究。早在2000年，中川研究室就提出利用LED照明灯作为通信基站进行信息无线传输的室内通信系统试验。2014年，日本TAKAYA公司研发的汽车间可见光通信系统，速率达到每秒10兆比特；同年5月，日本东洋电机研发的水下可见光高速通信装置，峰值突破每秒50兆比特。

欧洲各国也不甘落后，其在可见光通信方面的工作，主要由欧洲的20多家大学、科研单位和企业组成的OMEGA计划来推进。2015年11月，爱沙尼亚Velmenni公司演示了一种原型灯泡，在实验室条件下其峰值数据传输速率达到每秒224吉比特。

美国作为世界头号科技强国，正力图谋求全球可见光通信技术及市场的主导权。以谷歌为代表的科技巨擘，以及波士顿大学ERC中心、加州大学UC-Light中心、宾州州立大学COWA中心等科研机构，正加紧开展可见光通信标准协议及相关系统的研发工作，并启动了抢占相关市场的机制及策略研究。

可见光通信的愿景虽然美好，但仍需突破一系列技术瓶颈，才有望大规模推广应用。比如，如何将可见光带宽潜力转化为宽带能力，目前囿于白光LED有限的调制带宽，亟待进一步的技术突破。又比如，无论LED灯的信号控制还是信号接收后的实时处理，都需要专用的集成芯片，目前这方面研究还很薄弱。再比如，可见光信号的波长很短，在传播介质中极易迅速衰减，直接导致其通信距离受限，要实现远距离高速传输难度不小。

对此，世界各国纷纷开展可见光通信的关键技术攻关，力争在这块蛋糕的切分上抢占先机。

未来战场大有可为

未来战场上，要满足与日俱增的军事领域无线通信需求可不容易：传输容量大、组网灵活、电磁兼容性好、保密要求高……使得传统的无线电波通信面临严峻挑战。而可见光通信所具有的特殊优势，使其不仅可与无线电波通信综合运用、相得益彰，更有望在通信以外领域大展身手。

“上天”“入地”“下海”的通信能手。在飞机、地下坑道、水面舰艇、潜艇等特殊场所内部通信中，为防止射频信号干扰，往往对无线电设备使用提出严格限制。1982年英阿马岛战争中，英“谢菲尔德”号就是因为舰载无线通信系统与舰载预警雷达之间难以兼容共用，从而使舰载雷达不能及时开机并发现来袭的“飞鱼”导弹，直接导致了舰毁人亡的灾难性后果。而有了可见光通信之后，只需在上述特殊场所加装中央控制器和一系列LED光源，就能在达成通信的同时有效规避电磁干扰，从而为作战平台内部实现快速通信、对潜通信、水下特种作战通信等提供高效安全的通信手段。

高精度导航定位的“专家”。可见光通信中央控制器是通过将导航信息传送给LED信息节点，再以可见光为载体传到光照范围之内的武器平台终端，该终端使用内嵌的光敏探测器就可以获取最及时的动态战场环境、最优路线和坐标位置等导航定位信息。有关研究表明，综合采取战场LED信息节点网络科学布局、算法设计和信号处理优化等措施，就能使可见光导航定位精度达到厘米级。

目标识别与战场防误伤的利器。通过为己方各类武器平台加装LED灯光识别设备，平台与平台、平台与LED信息节点之间就能依托特定的信号编码开展实时通信与身份识别，武器平台通过对接收的LED灯光信号闪烁规律进行识读，就能有效判定此信号的敌我属性，从而及时作出有效应对措施，最大程度确保自身安全。

图片由作者提供

相关问答

为什么有些LED大灯叫led激光大灯?

激光大灯继LED大灯之后激光大灯被称为“合理的下一步”,它更加节能,更加省油。这种激光大灯不是电影里的那种炫到爆的激光,它甚至一点都不耀眼,原理是激光...

spd是什么概念?

SPD是光谱功率分布(SpectralPowerDistribution)的简称,英唐光显拥有SPD技术应用的核心底层专利,该技术是全球公认的最先进的LED白光底层技术。SPD技术通过...

p10单红led显示屏参数怎么用谁了解?_住范儿家装官网

不同的规格是不一样的。比如5050LED白光60PCS/米的,12V输入电流不大于1.2A功率不大于14.4W。其他还有许多种类的呀,比如3528的有30PCS60PCS...

英国天文爱好者卡林顿观测到日面上出现两道极其明亮的白光...

[最佳回答]BC

18款迈腾远的灯发蓝是什么原因?

[回答]您说的那个是色温,氙气灯的亮度和色温无关,一般来说,色温高过6000K之后就有点偏蓝色了。原因:如果LED的白光如果整体偏紫色,色温越高的灯就越偏蓝。...

2009年诺贝尔物理学奖由三位物理学家分享.其中，英国华裔科...

[回答]A、用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用光的干涉现象.故A正确.B、用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的色散现象.故B正确.C、在...

led照明灯具的优缺点是什么?-设计本有问必答

LED的优缺点:LED优点❶体积小LED基本上是一块很小的晶片被封装在环氧树脂里面,所以它非常小,非常轻。❷耗电量低LED耗电相当低,直流驱动,超...

色差传感器的原理?

原理:1.色差传感器通过比较物体的颜色和之前教过的参考颜色来检查颜色。当两种颜色匹配在一定误差范围内时,输出检测结果。2.一种新型传感器能敏锐地检测颜...

将光子扔进黑洞，加速会产生怎样的变化?光子频率会无限蓝移吗?

问题是如果红移存在,哪谁着引力无限增加,红移无限增强会出现什么情况。物质也是波是轴相波,以可见光波为利,白光→红光→红外光→微波→通信微波→电视信号...

请问LED车灯和激光大灯那个好?-FAqPSyjl的回答-懂得

激光大灯和LED车灯现在还不好说,按照激光大灯的原理来说是优于led车灯的,但是现在激光大灯还没有经过市场的检验。不知道是不是像想的那样。激光大...