LED照明光通信技術

ont: 14px/24px arial, 宋體, sans-serif; white-space: normal; orphans: 2; margin-bottom: 5px; letter-spacing: normal; color: rgb(51,51,51); word-spacing: 0px; -webkit-text-size-adjust: auto; -webkit-text-stroke-width: 0px">無需WiFi信號，點一盞LED燈就能上網。一種利用屋內可見光傳輸網絡信號的國際前沿通訊技術在實驗室成功實現(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”?？梢?span id="4m9aymu" class='hrefStyle'>光通訊被稱為Lifi。

無線電信號傳輸設備存在很多局限性，它們稀有、昂貴、但效率不高，比如手機，全球數(shù)百萬個基站幫助其增強信號，但大部分能量卻消耗在冷卻上，效率只有5%。相比之下，全世界使用的燈泡卻取之不盡，尤其在國內LED光源正在大規(guī)模取代傳統(tǒng)白熾燈。只要在任何不起眼的LED燈泡中增加一個微芯片，便可讓燈泡變成無線網絡發(fā)射器。

可見光通訊安全又經濟?？蒲腥藛T不僅在實驗室環(huán)境中利用可見光傳輸網絡信號，并且實現(xiàn)能夠“一拖四”，即點亮一盞小燈，4臺電腦即可同時上網、互傳網絡信號。光和無線電波一樣，都屬于電磁波的一種，傳播網絡信號的基本原理是一致的。

給普通的LED燈泡裝上微芯片，可以控制它每秒數(shù)百萬次閃爍，亮了表示1,滅了代表0。由于頻率太快，人眼根本覺察不到，光敏傳感器卻可以接收到這些變化。二進制的數(shù)據(jù)就被快速編碼成燈光信號并進行了有效的傳輸。燈光下的電腦，通過一套特制的接收裝置傳輸信號。有燈光的地方，就有網絡信號。關掉燈，網絡全無。與現(xiàn)有WiFi相比，未來的可見光通訊安全又經濟。

目前室內無線通信能滿足要求的最好選擇就是白光LED。白光 LED在提供室內照明的同時，被用作通信光源有望實現(xiàn)室內無線高速數(shù)據(jù)接入。目前，商品化的大功率白光LED功率已經達到5W，發(fā)光效率也已經達到90lm/W，其發(fā)光效率（流明效率）已經超過白熾燈，接近熒光燈。白光LED的光效超過100lm/W并達到200lm/W（可以完全取代現(xiàn)有的照明設備）在不久的將來即可實現(xiàn)。因而LED照明光通信技術具有極大的發(fā)展前景，已引起人們的廣泛關注和研究[4-5]。

將LED照明燈組成可見光無線通信系統(tǒng)的研究工作，在日本首先開展，并得到日本政府的重視。在2006-11-28發(fā)布的科技日報報道：“日本總務省計劃與NTT研究所及NEC公司等聯(lián)手，共同開發(fā)一種利用照明燈光傳輸高速信息的“可見光通信”系統(tǒng)。日本政府將把這一技術作為下一代寬帶網普及，預計在5年內實用化“。

室內白光LED無線通信的研究在日本首先開展。日本大學的日本KEIO大學的Tanaka等人和SONY計算機科學研究所的Haruyama在2000年提出了利用LED照明燈作為通信基站進行信息無線傳輸?shù)氖覂韧ㄐ畔到y(tǒng)[4]。他們以Gfeller和Bapst的室內光傳輸信道為傳輸模型，將信道分為直接信道和反射信道兩部分，并認為LED光源滿足朗伯（Lambertian）照射形式,且以強度調制直接檢測（IM-DD）為光調制形式進行了建模仿真，獲得了數(shù)據(jù)率、誤碼率以及接收功率等之間的關系。認為當傳送數(shù)據(jù)率在10Mbps以下的系統(tǒng)是可行的，碼間干擾（InterSymbol Interference, ISI）和多徑效應是影響系統(tǒng)性能的兩大因素。2001年,Tanaka等人在原來的基礎上分別采用OOK_RZ調制方式與OFDM調制方式對系統(tǒng)進行了仿真[6]，結果表明：:當傳送數(shù)據(jù)率在100Mbps以下時這兩種調制技術都是可行的，當數(shù)據(jù)率大于100Mbps時，OFDM調制技術優(yōu)于OOK_RZ調制技術。

2002年, Tanaka和Komine等人對LED可見光無線通信系統(tǒng)展開了具體分析[7]，包括光源屬性信道模型、噪聲模型、室內不同位置的信噪比分布等，求出了系統(tǒng)所需的LED單元燈的基本功率要求，并分別以OOK_RZ、OOK_NRZ、m-PPM調制方式進行仿真分析,得到了不同條件下的誤碼率大小。同年Komine等研究了由墻壁反射引起的多徑效應對可見光無線系統(tǒng)造成的影響，分別以OOK、2-PPM、4-PPM、8-PPM調制方式進行仿真，結果表明：在數(shù)據(jù)率小于60Mbps，接收視場角小于50度的條件下，采用8-PPM調制方式可有效克服墻壁反射引起的多徑效應。以后, Komine等繼續(xù)對LED單元燈的設計布局、可見光傳播信道（分直達信道和反射信道兩部分）、室內人員走動導致的反射陰影、墻壁反射光,碼間干擾對系統(tǒng)性能的影響等展開研究[8]，并得出了不同接收視場角和不同數(shù)據(jù)傳送率下各因素對系統(tǒng)性能的影響曲線。同年，Komine等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(jù)傳輸系統(tǒng)[9]。2005年, Komine等利用基于最小均方誤差算法的自適應均衡技術來克服碼間干擾(ISI) [10]。仿真表明在數(shù)據(jù)率為400Mbps以下時，F(xiàn)IR均衡器和DFE均衡器都可有效減少ISI的影響，當數(shù)據(jù)率高于400Mbps時，DFE均衡器更能有效克服ISI。

國內在這方面的研究剛剛起步，暨南大學光電工程系的陳長纓教授對LED發(fā)光特性、室內通信鏈路和信道模型進行了初步的研究 [11]。

總之，LED照明光無線通信在國外也還出在起步和摸索階段，但其應用前景非?？春茫粌H可以用于室內無線接入，還可以為城市車輛的移動導航及定位提供一種全新的方法。汽車照明燈基本都采用LED燈，可以組成汽車與交通控制中心、交通信號燈至汽車、汽車至汽車的通信鏈路。這也是LED可見光無線通信在智能交通系統(tǒng)的發(fā)展方向。