原创 《LED光通讯实用还遥远》

LED光通讯实用还遥远

颜重光

2013中国国际工业博览会11月5日到9日在上海新国际博览中心举办。上海复旦大学信息与工程学院展示的基于LED的可见光通讯系统，在十月下旬就得到媒体的热炒，今天，我们终于在展会上看到了“双向可见光通讯的原形机”，基于照明用的白光LED，融合可见光通讯，下行采用白光LED，上行采用白光+红外LED，实行双向实时通讯，通过开发相应的算法，和设计发射接收电路，传输图像和信息，做成有二本笔记本面积大的发射接收设备。使用方便犹如WiFi，速率可达150Mb/s，实现红外与可见光异构网络融合，支持多址接入，传输距离可满足日常室内距离的要求。可见光通讯给人类一条新的通讯工具与方法。

“LiFi”LED光通讯新技术

我们在现场体验了这种名叫“LiFi” （LightFidelity）的LED光通讯新技术。一盏1瓦LED小灯照射下，二台可见光通讯设备正在工作，笔记本电脑里正放映动画片，当用手掌挡住光线，动画片停止了放映，如用手在光线下移进移出，动画片时不时地被卡住了，手挡住了LED灯光也就中断了信息的传输。同时也证明这笔记本电脑播放的网络视频，并非在用无线网络,而正是由这一个LED灯的光线所传输的，实现了灯光上网。

现场展台的上下各放一台“可见光通讯系统”设备，该设备上有二个圆筒形的光源，一个有五个或三个的1W LED灯珠，其中一个1W LED被点亮处在工作状态，发送用闪烁光编码的光信息，人眼无法感觉其高速闪烁；另一个在透镜下有白光LED灯珠和红外LED灯珠，用来接收可见光信息，如图2所示。

光的本质还是无线电波

光的本质还是无线电波，属于电磁波的一种，因此用可见光来传播网络信号的基本原理是与无线网络一致的。通过发射器将LED中的恒电流改变成通信电流，控制它每秒数百万次的闪烁频率，比如亮表示1，灭代表0，通过这种方式，LED灯泡可以快速闪烁由此传输二进制编码；接收器接受变化的数百万次闪烁，对收到的二进制编码进行解读，使电脑就能“读懂”光线里隐含的“密码”，解析成图像和文字，从而实现“灯光上网”。为了达到这个目的，复旦展示的有发射接收功能“可见光通讯系统”设备的原形机还是比较大的。

复旦大学信息与工程学院展示的“可见光通讯系统”设备的全貌如图3与图4所示，二台设备应当是一样的，鉴于它们间的通讯对话，需要配套使用。在演示台上一台在上，一台在下，如图2所示。

LED光闪烁的利弊

LED照明灯具是很忌讳LED灯光的闪烁的，认为它对人眼有害，人类对闪烁的光照明环境感觉很不舒服。因为低频LED灯光闪烁是人眼都能看到的，特别是50Hz工频，100Hz、150Hz倍频，人眼都能敏锐地感觉到。然后，LED光通讯正是利用了LED光的高速闪烁，实现了数据的传输与通讯，由于是每秒数百万次的闪烁，超越了人眼的分辨能力，因而就无法感受其超高速的闪烁了。真是变害为宝了！人类的可见光通讯的美梦成真。

实用尚需时日

    从目前展示的LED可见光通讯原形机来看，LED可见光通讯可方便使用的实用设备，进入实用阶段尚需时日。LED可见光通讯理想的应用环境应如图5那样的描述，拿个笔记本电脑在房间里只要LED灯光能直射到的都能上网，应如无线上网那样方便快捷。那么可见光发射接收设备理应是十分小巧的，应当如手机那样大小。

但从目前展示设备来看，演示的LED可见光通讯还只能在可见光点对点的直视的短距离内传输，不能如WiFi那样穿墙透壁的无线通讯和有较大的传播空间，和多人共用，需要使用的二台同样大的发射接收设备面对面工作。据现场一位工作人员介绍二台设备造价3-5万元？如此性价比只能是实验室的宠儿，因此，如要进入市场实用，必须开发好几颗专用集成电路，将那二台笔记本面积大的设备大大浓缩，至少要将一套装置能变成一个手机大小才有实际应用的价值。有人简单的说“在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”，也许是不现实的，也是不了解微电子科学的不负责任的胡说。

目前展示的如图6所示比二台笔记本电脑还大的专用设备，对便携电子设备来说是很难有配套使用的实用价值。LED可见光的便携发射接受器的体积必须小如手机，价格必须在一二百元以下，才有被广泛使用的机会，才能成为蓝海市场的产品，才能成为人人用得起的消费电子产品。从这个意义上来说，LED光通讯的实用时日还很遥远，需要我们各学科的科技人员共同努力，将LED光通讯需要的发射、接受、通讯软件编解码、信号处理等集成在几个集成电路芯片中，这样才有可能将现在的“可见光通讯系统”设备的客户端缩小到如同手机大小，便于携带，才能有效地降低制造成本，成为人人买得起的消费电子产品。

尽管LED可见光通讯技术还处于萌芽期，尽管它还只能在光线直射范围内短距离通讯，尽管它目前的发射接收设备还十分昂贵、体积较大，但是它所表现的强盛生命力还是引起国内外LED产业链的关注，可见光的点对点的通讯也许是无线通讯的一种不可多得的补充。我们期待LED可见光通讯技术有更多的创新发展！我们需要更多学科的工程师参与可见光通讯技术的更多创造发明！

Alec  2013-11-7

作者简介：

颜重光  退休高工 北京大学上海微电子研究院 兼职研究员