可见光通信

可见光通信技术

前景广阔的通信新领域

目录

前言 .................................................... 2

可见光通信技术介绍 ........................ 2

可见光通信技术的特点 .................... 3

光通信的发展历程 ............................ 4

可见光通信技术的发展 .................... 5

应用邻域 ............................................ 7

LED 灯=高速网络连接 .................... 7

未来飞机上也能打电话 ................. 8

“光通讯”将挺进传统通讯禁区 ...... 8

“光通讯”运用于日常生活中 .......... 9

参考文献 .......................................... 10

前言

在通信技术发达的现在，网络信号的传输速度与方式已经有了大幅度的提高与改进。但在多年的应用检验下，这些网络信号传输方式仍旧存在一些众所周知的不足。以现如今流行的Wi-Fi 举例：它存在地区限制，在同一时间容纳的用户数量的限制，稳定性与抗干扰能力也有待提高。

但是你可曾想过有这么一天，有灯光的地方，就有网络信号。点一盏LED 灯，就能上网。只要一盏1W 的LED 灯珠，就能够“一拖四”，使灯光下的4台电脑同时上网，平均上网速率达到150M ，这样的方便快捷到秒杀Wi-Fi 的新技术你向往吗？

而这种技术便是被称为Li-fi 的可见光通信技术。

可见光通信技术介绍

可见光通信技术(Visible Light Communication，VLC) 是指利用可见光波段的光作为信息载体，不使用光纤等有线信道的传输介质，而在空气中直接传输光信号的通信方式。它能够同时实现照明与通信的功能，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接入方案，在全球已经成为了研究的热点。 与目前使用的无线局域网（无线LAN ）相比，“可见光通信”系统可利用室内照明设备代替无线LAN 局域网基站发射信号，其通信速度

可达每秒数十兆至数百兆，未来传输速度还可能超过光纤通信。利用专用的、能够接发信号功能的电脑以及移动信息终端，只要在室内灯光照到的地方，就可以长时间下载和上传高清晰画像和动画等数据。 可见光通信技术的特点

无线电信号传输设备存在很多局限性，它们稀有、昂贵、但效率不高，比如手机，全球数百万个基站帮助其增强信号，但大部分能量却消耗在冷却上，效率只有5%。相比之下，全世界使用的灯泡却取之不尽，尤其在国内LED 光源正在大规模取代传统白炽灯。只要在任何不起眼的LED 灯泡中增加一个微芯片，便可让灯泡变成无线网络发射器。 该系统还具有安全性高的特点。用窗帘遮住光线，信息就不会外泄至室外，同时使用多台电脑也不会影响通信速度。由于不使用无线电波通信，对电磁信号敏感的医院等部门可以自由使用该系统。而且，光谱比无线电频谱大10000倍，意味着更大的带宽和更高的速度，网络设置又几乎不需要任何新的基础设施。

光通信的发展历程

光通信听起来十分的“技术范”，然而它却有久远的历史，并且和我们的生活息息相关。

源于奴隶制国家在政治和军事方面对通信的需要。早在三千多年前，我国就有了利用烽火台的通信的方法。这是人类最早使用的系统光通信技术之一。关于烽火通信有个叫“千金买笑”的故事。这个历史故事不仅生动的描绘了当时利用烽火台通信的情况，同时也告戒后人，通信是非常重要的，不论在什么时候也不论是什么人，都不能拿通信当儿戏。

17世纪中叶，人们发明了望远镜，它使得人们可以看得更远了。到1791年，法国人发明了灯信号，此后“灯语”通信在欧洲风靡一时。直到今天，信号灯、旗语、望远镜等目视光通信的手段仍在使用，但是这一切还是最原始的光通信，不论是烽火台、望远镜，还是交通红绿灯、旗语，它们都是光通信的不同形式，但是它们有一个共同点，就是利用大气来传播可见光，由人眼来接收。也正因为如此，我们才会对它们如此地熟悉。

可是这些却不是真正的现代意义上的光通信，更不是强大的光通信，真正强大的光通信应该是光纤通信。在这里，应该明确，光通信指的是一切运用光作为载体而传送信息的所有通信方式的总称，而不管传输所使用的媒质是什么；而光纤通信则是单纯地依靠光纤作为媒

质来传送信息的通信方式。

现在光纤的使用已不只限于陆地，光缆已广泛铺设到了大西洋、太平洋海底，这些海底光缆使得全球通信变得非常简单快捷。现在不少发达国家又把光缆铺设到住宅前，实现了光纤到办公室、光纤到家庭。光纤通信技术之所以发展这样迅速，除了人们日益增长的信息传输和交换需要外，主要是由光纤通信本身所具有的优点决定的。 可见光通信技术的发展

不久前，可见光通信研究被《时代周刊》评为2011年全球50大科技发明之一。

由于可见光通信技术具有较好的应用前景，它在未来通信领域中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无线光通信的研究领域中来，特别是日本、欧洲、美国等国家在可见光通信的领域已经投入了大量的人力、物力以及财力。

可见光通信的研究最早在日本开展。在2000 年，中川研究室的等人就对基于白光的可见光通信信道进行了初步的数学分析和仿真计算，分析了白光作为室内照明和通信光源的可能性。2002 年，中川研究室的研究人员又对可见光通信系统展开了具体的分析，包括光源属性、信道模型、噪声模型、室内不同位置的信噪比分布等。2003 年，在中川正雄的倡导下，日本可见光通信联合体成立，并吸引了一大批研究单位及企业参与，包括NEC 、Sony 、Toshiba 、等。VLCC 关于可见光通信的研究范围比较宽广，根据具体的应用场景可分为室内

移动通信、可见光定位、可见光无线局域网接入、交通信号灯通信、水下可见光通信等。

在可将光通信研究领域已经取得了很大的成就，例如Samsung 公司展出过工作距离为1m 的双向可见光通信系统；中川研究室还开发了基于可见光通信的超市定位及导航系统，而且是面向商业化的产品。

欧洲的OMEGA 计划也对可见光通信展开了深入的研究。OMEGA 计划由欧洲的20 多家大学科研单位和企业组成，它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 计划计划把可见光通信技术列为重要的高速接入技术之一，并且已经取得了丰硕的研究成果。2009年，牛津大学利用均衡技术实现了100 Mbit/s的通信速率；2010年，他们又利用多输入多输出和正交频分复用技术(OFDM)技术，实现了220 Mbit/s的传输速率。2010年在OMEGA 计划的年会上展出的室内可将光通信演示系统的通信速率达到了100 Mbit/s，该系统利用房间天花板上的16个白光LED 通信，完成了4 路高清视频的实时广播。在2010年1月，德国实验室的科研人员创造了可见光通信速率的世界纪录，他们利用普通商用的荧光白光LED 搭建的可见光通信系统达到了513 Mbit/s 的通信速率，并且他们通过分析认为该系统的通信速率还有提升的空间，可达到甚至1 000 Mbit/s。2011 年，实验室的科研人员又利用色光三原色(RGB)型白光LED 以及密集波分复用(WDM) 技术实现了的通信速率。

LED 可见光通信研究在国外已经有十多年的历史，在某些方面有

了较高的技术水平。而在我国，这项研究虽已取得一定成果，但距离国际先进水平和大规模产业化应用，仍存在一定差距。尚没有比较成熟的商用化的可见光通信系统。近年来，在国家大力支持的背景下，中国的可见光通信研究也逐步取得了一定的进步，在可见光通信理论、系统设计和计算机仿真、实验演示系统设计制作等方面取得了一些成果。另外，我国已经把第一个可见光通信项目纳入到863计划。可见光通信或可作为“融合剂”，解决网络间融合的“囧”境。

总之，LED 照明光无线通信在国外也还出在起步和摸索阶段，但其应用前景非常看好，不仅可以用于室内无线接入，还可以为城市车辆的移动导航及定位提供一种全新的方法。汽车照明灯基本都采用LED 灯，可以组成汽车与交通控制中心、交通信号灯至汽车、汽车至汽车的通信链路。这也是LED 可见光无线通信在智能交通系统的发展方向。

应用邻域

LED 灯=高速网络连接

电灯泡一直以来被视作发明家梦寐以求的灵感闪现的象征。而现在只要你拥有电灯泡，就可以获得无线互联网连接。目前全世界的电灯泡数量估计约有140亿盏。实际上，这也意味着任何路灯都可以成为互联网接入点。

不过，被昵称为“Li-Fi ”的可见光通信技术并不只是能提升互联

网的覆盖范围。作为无线数据传输的最主要技术，Wi-Fi 利用了射频信号。

例如，当你在咖啡店中上网时，如果周围上网的人越来越多，那么你会发现网速变得很慢。3G 移动网络也是如此。与此同时，根据思科的数据，我们每年通过移动设备发送的信息量都在翻番。而可见光频谱的宽度达到射频频谱的1万倍。这意味着可见光通信能带来更高的带宽。Li-Fi 技术能带来高达1Gbps 的数据传输速度。 未来飞机上也能打电话

乘飞机“飞在天上”的数小时处于现代通讯覆盖“盲区”，会给生活、工作带来不便。LED“光通讯”设备同样能很好地解决这个难题。在飞机飞行期间，手机发出的无线信号会干扰飞行员与机场无线电的联系，还会干扰飞机罗盘(飞机航向) 的正确性，而LED 光源所发出的可见光波段就不存在这样的隐患，旅客可以通过座位上方的阅读灯发射，不仅可以实现打电话，带个平板电脑上网也将不是难事，届时飞机将和火车一样，结束乘客的无通信时代。

“光通讯”将挺进传统通讯禁区

提到矿难就让人联想到瓦斯爆炸，众所周知，矿工之间或者矿下与矿上的无线通讯会产生静电，从而引发瓦斯爆炸，因此矿下的通信就成了“老大难”，但是，没有通信设备，矿工在矿下的情况不能及时向地面反映，因此造成的信息不畅通，又往往为安全生产埋下祸根。

将可见光通讯应用于各大矿场就很好地解决了这个问题，“矿工们用头盔上的LED 照明灯就可以" 互换信息" ，只要用这盏小照明灯发送不会引起静电的波段，矿工手里的通讯设备就可以派上用场了。另外，利用矿井下隧道两侧的照明灯还能接入网络，及时将矿下数据与地面进行传输，从而实现矿工位置的定位和矿下的监控，让矿场越来越智能。

“光通讯”运用于日常生活中

今年宽带上网速度从原先的2M 免费提升至4M ，而一般光纤宽带的网速也只有上百兆，LED 光通讯在家庭广泛运用后，网速上限可达几百M 甚至上G ，远远超乎目前的水平，届时，在家看视频、下载电影再也不会有“卡”的现象。和家庭无线路由器所发出的信号一样，LED 光源发出的信号适用于几十米内的短距离通信，这样就省去家里纷繁复杂的线路问题，打开一盏LED 灯，室内的电脑就可以高速上网，不需要任何无线路由器，屋里其他的电视、热水器、空调也可以自动控制。

参考文献

《光无线通信技术与下一代超宽带家庭接入网》 《可见光通信在室外LED 路灯上的实现》 《白光LED 室内可见光通信的关键技术》 《改善室内可见光通信系统性能的关键技术》 《基于室内LED 光源的无线通信技术研究》 《室内可见光无线通信调制方法》

《基于LED 照明系统的可见光无线通信系统研究》