可見光通信

　　可見光通信（VLC,Visible light communication）

　　利用這種技術(shù)做成的系統(tǒng)能夠覆蓋室內(nèi)燈光達(dá)到的范圍，電腦不需要電線連接，因而具有廣泛的開發(fā)前景。

特點(diǎn)

　　與目前使用的無線局域網(wǎng)（無線LAN）相比，“可見光通信”系統(tǒng)可利用室內(nèi)照明設(shè)備代替無線LAN局域網(wǎng)基站發(fā)射信號，其通信速度可達(dá)每秒數(shù)十兆至數(shù)百兆，未來傳輸速度還可能超過光纖通信。利用專用的、能夠接發(fā)信號功能的電腦以及移動信息終端，只要在室內(nèi)燈光照到的地方，就可以長時(shí)間下載和上傳高清晰畫像和動畫等數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)還具有安全性高的特點(diǎn)。用窗簾遮住光線，信息就不會外泄至室外，同時(shí)使用多臺電腦也不會影響通信速度。由于不使用無線電波通信，對電磁信號敏感的醫(yī)院等部門可以自由使用該系統(tǒng)。

國際上的相關(guān)研究現(xiàn)狀

　　由于可見光通信技術(shù)具有較好的應(yīng)用前景，它在未來通信領(lǐng)域中占有重要的地位和價(jià)值，因此很多研究機(jī)構(gòu)和電信運(yùn)營公司加入到無線光通信的研究領(lǐng)域中來，特別是日本、歐洲、美國等國家在可見光通信的領(lǐng)域已經(jīng)投入了大量的人力、物力以及財(cái)力。

　　可見光通信的研究最早在日本開展。早在2000 年，中川研究室的等人就對基于白光的可見光通信信道進(jìn)行了初步的數(shù)學(xué)分析和仿真計(jì)算，分析了白光作為室內(nèi)照明和通信光源的可能性。2002 年，中川研究室的研究人員又對可見光通信系統(tǒng)展開了具體的分析，包括光源屬性、信道模型、噪聲模型、室內(nèi)不同位置的信噪比分布等。2003 年，在中川正雄的倡導(dǎo)下，日本可見光通信聯(lián)合體成立，并吸引了一大批研究單位及企業(yè)參與，包括NEC、Sony、Toshiba、等。VLCC關(guān)于可見光通信的研究范圍比較寬廣，根據(jù)具體的應(yīng)用場景可分為室內(nèi)移動通信、可見光定位、可見光無線局域網(wǎng)接入、交通信號燈通信、水下可見光通信等。

　　在可將光通信研究領(lǐng)域已經(jīng)取得了很大的成就，例如Samsung公司展出過工作距離為1m的雙向可見光通信系統(tǒng)；中川研究室還開發(fā)了基于可見光通信的超市定位及導(dǎo)航系統(tǒng)，而且是面向商業(yè)化的產(chǎn)品。

　　歐洲的OMEGA 計(jì)劃也對可見光通信展開了深入的研究。OMEGA 計(jì)劃由歐洲的20 多家大學(xué)科研單位和企業(yè)組成，它的目標(biāo)是發(fā)展出一種全新的能夠提供寬帶和高速服務(wù)的室內(nèi)接入網(wǎng)路。OMEGA 計(jì)劃計(jì)劃把可見光通信技術(shù)列為重要的高速接入技術(shù)之一，并且已經(jīng)取得了豐碩的研究成果。2009年，牛津大學(xué)的’Brien 等人利用均衡技術(shù)實(shí)現(xiàn)了100 Mbit/s的通信速率；2010年，他們又利用多輸入多輸出和正交頻分復(fù)用技術(shù)(OFDM)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了220 Mbit/s的傳輸速率。2010年在OMEGA 計(jì)劃的年會上展出的室內(nèi)可將光通信演示系統(tǒng)的通信速率達(dá)到了100 Mbit/s，該系統(tǒng)利用房間天花板上的16個(gè)白光LED 通信，完成了4 路高清視頻的實(shí)時(shí)廣播。在2010年1月，德國Heinrich Hertz 實(shí)驗(yàn)室的科研人員創(chuàng)造了可見光通信速率的世界紀(jì)錄，他們利用普通商用的熒光白光LED 搭建的可見光通信系統(tǒng)達(dá)到了513 Mbit/s 的通信速率，并且他們通過分析認(rèn)為該系統(tǒng)的通信速率還有提升的空間，可達(dá)到甚至1 000 Mbit/s。2011 年，實(shí)驗(yàn)室的科研人員又利用色光三原色(RGB)型白光LED 以及密集波分復(fù)用(WDM) 技術(shù)實(shí)現(xiàn)了的通信速率。

　　除了日本和歐洲的科研單位，美國的UC-Light也是進(jìn)行可見光通信研究的重要機(jī)構(gòu)。UC-Light 依托于加州大學(xué)的4所分校和1個(gè)美國國家實(shí)驗(yàn)室，其研究人員的研究背景涉及建筑學(xué)、無線通信、網(wǎng)絡(luò)、照明、光學(xué)、器件等領(lǐng)域。UC-Light 成立的目的是開發(fā)一種基于LED 照明的高速通信和定位系統(tǒng)。

中國的研究現(xiàn)狀

　　中國的可見光通信研究起步相對較晚，與國際相比仍然落后很多，尚沒有比較成熟的商用化的可見光通信系統(tǒng)。近年來，在國家大力支持的背景下，中國的可見光通信研究也逐步取得了一定的進(jìn)步，在可見光通信理論、系統(tǒng)設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)仿真、實(shí)驗(yàn)演示系統(tǒng)設(shè)計(jì)制作等方面取得了一些成果。

　　北京大學(xué)在2006 年首次提出了基于廣角鏡頭的超寬視角可見光信號接收方案，并進(jìn)行了一系列的理論和實(shí)驗(yàn)工作。此外，在LED 的調(diào)制驅(qū)動、LED 陣列的布局優(yōu)化以及高靈敏度接收等方面進(jìn)行了一定的研究，并在可見光通信與無源光網(wǎng)絡(luò)(PON)的融合接入中的物理層、鏈路層和傳輸層等方面開展了探索研究。在年的Intel 杯大學(xué)生嵌入式系統(tǒng)大賽中，北京大學(xué)的參賽作品（基于白光的照明及綜合信息發(fā)布系統(tǒng)）實(shí)現(xiàn)了5 個(gè)頻道的廣播，在6 m 的工作距離下實(shí)現(xiàn)了3 Mbit/s 的通信速率，該系統(tǒng)在大賽中榮獲二等獎。

可見光通信的應(yīng)用領(lǐng)域

　?。?）照明與通信

　　（2）視覺信號與數(shù)據(jù)傳輸

　?。?）顯示與數(shù)據(jù)通信

　　（4）室內(nèi)定位

可見光通信的研究趨勢

　　(1)高調(diào)制帶寬的LED 光源

　　(2)LED的大電流驅(qū)動和非線性效應(yīng)補(bǔ)償技術(shù)

　　(3)光源的布局優(yōu)化

　　(4)光學(xué)MIMO 技術(shù)

　　(5)光學(xué)OFDM 技術(shù)

　　(6)高靈敏度的廣角接收技術(shù)

　　(7)消除碼間干擾的技術(shù)