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可见光通信:让光与网同在

日期: 2017-08-15
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       随着智能设备的普及,网络逐渐成为人们生活的一部分。我们通过网络了解新闻,查阅资料,观看电影等等。在网络为我们的生活带来极大便利的同时,我们也时常被诸如网络信号不好,上网速度慢,找不到WIFI热点等问题所困扰。可见光通信技术的出现将有可能使上述问题得到解决。

 可见光通信:让光与网同在

2011年,德国物理学家哈拉尔德·哈斯教授在英国爱丁堡大学TED全球公开课上,向科技迷们展现了一个神奇的发明:他身旁放了一个LED台灯,台灯下30厘米左右处有一个小小的设备,当他把灯打开,灯光照向这个设备时,他身后的大显示屏上播放起花朵盛开的视频。此时或许你并没有意识到有多么神奇。而当哈斯教授将手挡在台灯与接收器之间时,身后正在播放的视频戛然停止;当他把手拿开时,视频又开始播放起来。这个时候,在场的所有人都起立鼓掌。这就是可见光通信。

可见光通信(Visible Light CommunicationsVLC)技术是近十年来迅速发展的一种新型无线通信方式,通过在公共基础照明设施上增加数据传输辅助功能,将通信与室内照明光源相结合,就可构建室内可见光无线通信网络,实现信息从服务器到达客户端的无线传输。由于可见光与日常生活息息相关,办公室、家庭以及公共场合中许多设备均含可见光光源,例如,办公室的电灯、道路上的信号灯、广场上的显示屏等等,所以室内可见光通信技术可以满足用户对移动通信网络覆盖范围广、链路质量高的要求,为室内用户提供随时随地的便捷数据服务。同时,室内可见光通信技术使用可见光这种特殊的传输介质,可以保证移动通信网络的安全性,包括网络数据安全与用户健康安全,使得用户信息的私密性得到保障,不能被其他用户恶意截获,而且使用者即使长时间处于移动通信网络中,也不会对自身健康造成影响。

 可见光通信:让光与网同在

随着照明光源制造工艺的发展,将通信功能与照明功能相结合的可见光通信技术越来越受到研究人员的重视。可见光通信技术可以应用在很多场合,如基于照明光源的家庭无线网络,基于基础照明设施的办公场所内高速数据传输系统,基于车灯的车与车之间数据通信系统等等。

典型的室内可见光通信系统主要包括信道编码器/译码器、数字调制器/解调器、驱动电路、调理电路、可见光光源和光敏元件。可见光光源和光敏元件是室内可见光通信系统的基本器件,其中可见光光源结合驱动电路可以将电信号转换成光信号,实现基本照明功能,并发射出携带调制信息的可见光;光敏元件则捕捉可见光信号,将其转换成能被后级调理电路处理的光电流。数字调制器/解调器则是可见光通信系统中完成通信功能的关键部分,其中调制器实现对可见光光源所发出光的某种特性(例如光照强度)进行控制,将原始信息通过光信号进行传输。解调器则实现从接收的信号中恢复出所携带信息的功能。信道编码器/译码器是室内可见光通信系统链路可靠性和有效性的保障,用来纠正信道传输过程中出现的随机错误和突发错误,实现信息的正确传输。

 

在发射端,信号输入到信道编码器以后,按照码元映射规则编码,编码后得到的信号序列由数字调制器进行调制,输出连续的调制波形,经驱动电路后直接驱动可见光光源发光。在接收端,光敏元件将接收的光信号转换成与入射能量成比例的光电流,该光电流经过调理电路调理成适合数字解调器电路的信号输入到数字解调器中,经过数字解调器解调和信道译码器译码,最终恢复出信息。

作为一项新兴的技术,我们国家也越来越重视可见光通信的发展,2012年 3 月 29 日在国家科技部网站上公布的《“十二五”国家科技计划信息领域2013 年度备选项目征集指南》中,已经将“可见光通信(VLC)系统关键技术研究”列为“网络与通信”类别下的单独课题,旨在开发可见光(波长  380nm-780nm)新频谱资源,研究可见光通信系统在复杂信道条件下非相干光散射畸变检测技术、调制编码、光电多维复用与分集、最佳捕获检测等关键技术,建立实验系统,传输速率大于 480Mbps,开展标准研究。2013年10月,复旦大学计算机科学技术学院的研究人员将这种利用屋内可见光传输网络信号的国际前沿通讯技术在实验室成功实现。他们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。

当然,作为一种尚在实验室的全新网络技术和产品,可见光通信技术还存在一些待解决的问题。例如暂时还没有专用的可见光通信芯片组,发射和接收系统非常庞大,接收器被物体阻挡时信号会被切断等等。尽管如此,可见光通信作为一种与WIFI相互补充的技术还是有着广阔的发展前景的。相信在科研人员的努力下,可见光通信技术会日趋完善,并为我们的生活提供更大的便利。

(转自电子元件产业网)

 

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