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可见光通信 又名:VLC

可见光通信技术,是利用荧光灯或发光二极管等发出的肉眼看不到的高速明暗闪烁信号来传输信息的,将高速因特网的电线装置连接在照明装置上,插入电源插头即可使用。

  可见光通信(VLC,Visible light communication)

  利用这种技术做成的系统能够覆盖室内灯光达到的范围,电脑不需要电线连接,因而具有广泛的开发前景。

特点

  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。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。

国际上的相关研究现状

  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。早在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,牛津大学的’Brien 等人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Heinrich Hertz 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。

  除了日本和欧洲的科研单位,美国的UC-Light也是进行可见光通信研究的重要机构。UC-Light 依托于加州大学的4所分校和1个美国国家实验室,其研究人员的研究背景涉及建筑学、无线通信、网络、照明、光学、器件等领域。UC-Light 成立的目的是开发一种基于LED 照明的高速通信和定位系统。

中国的研究现状

  中国的可见光通信研究起步相对较晚,与国际相比仍然落后很多,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。

  北京大学在2006 年首次提出了基于广角镜头的超宽视角可见光信号接收方案,并进行了一系列的理论和实验工作。此外,在LED 的调制驱动、LED 阵列的布局优化以及高灵敏度接收等方面进行了一定的研究,并在可见光通信与无源光网络(PON)的融合接入中的物理层、链路层和传输层等方面开展了探索研究。在年的Intel 杯大学生嵌入式系统大赛中,北京大学的参赛作品(基于白光的照明及综合信息发布系统)实现了5 个频道的广播,在6 m 的工作距离下实现了3 Mbit/s 的通信速率,该系统在大赛中荣获二等奖。

可见光通信的应用领域

  (1)照明与通信

  (2)视觉信号与数据传输

  (3)显示与数据通信

  (4)室内定位

可见光通信的研究趋势

  (1)高调制带宽的LED 光源

  (2)LED的大电流驱动和非线性效应补偿技术

  (3)光源的布局优化

  (4)光学MIMO 技术

  (5)光学OFDM 技术

  (6)高灵敏度的广角接收技术

  (7)消除码间干扰的技术


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