什么是可见光通信？它的技术原理及行业发展怎么样？

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能看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。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。

与使用的无线局域网(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。无需WiFi信号，点一盏LED灯就能上网。一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。研究人员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，堪称世界最快的“灯光上网”。可见光通讯被称为Lifi [1] 。无线电信号传输设备存在很多局限性，它们稀有、昂贵、但效率不高，比如手机，全球数百万个基站帮助其增强信号，但大部分能量却消耗在冷却上，效率只有5%。相比之下，全世界使用的灯泡却取之不尽，尤其在国内LED光源正在大规模取代传统白炽灯。只要在任何不起眼的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。可见光通讯安全又经济。科研人员不仅在实验室环境中利用可见光传输网络信号，并且实现能够“一拖四”，即点亮一盏小灯，4台电脑即可同时上网、互传网络信号。光和无线电波一样，都属于电磁波的一种，传播网络信号的基本原理是一致的。给普通的LED灯泡装上微芯片，可以控制它每秒数百万次闪烁，亮了表示1,灭了代表0。由于频率太快，人眼根本觉察不到，光敏传感器却可以接收到这些变化。二进制的数据就被快速编码成灯光信号并进行了有效的传输。灯光下的电脑，通过一套特制的接收装置传输信号。有灯光的地方，就有网络信号。关掉灯，网络全无。与现有WiFi相比，未来的可见光通讯安全又经济。WiFi依赖看不见的无线电波传输，设备功率越来越大，局部电磁辐射势必增强;无线信号穿墙而过，网络信息不安全。这些安全隐患，在可见光通讯中“一扫而光”。而且，光谱比无线电频谱大10000倍，意味着更大的带宽和更高的速度，网络设置又几乎不需要任何新的基础设施。

光通信分为有线光通信和无线光通信两种，其中有线光通信即光纤通信，而无线光通信是一种将光通信技术和无线通信技术相结合的宽带无线传输与接入技术，它以光波作为载波，以大气、水或外层空间为信道进行信息传递，又称为自由空间光通信FSO(Free Space Optical Communication)。FSO系统主要是由发射系统、信道与接收系统构成。

无线光通信的终端是由激光器、光放大器、光学收发天线、探测器、调制\解调器、编码\解码器和APT子系统等组成。通常情况下，无线光通信采用LED或激光作为发射器，利用光电器件接收信号并转换成电信号，在接受端完成数据解码。无线光通信系统由发射器和接收器两部分组成。发射器通常使用LED或激光二极管来产生光信号，并通过光学透镜将其聚焦到一个小区域内，形成所谓的光“载体”(optical carrier)。信息信号通过调制光负载从而被传输到接收端。在接收端，光信号被光检测器接收，并转换成与发送端信号相同的电信号。数据解码后就可以得到原始信息。无线光通信终端是无线光通信系统的核心部件，负责实现电/光转换和光/电转换，以及数据的编码和解码等功能。

无线光通信的传输速率受到多种因素的影响，如激光器的调制速率、大气衰减、天气条件等。目前，一些先进的无线光通信系统已经可以实现Gbps级别的传输速率。例如，日本的NTT公司在2019年展示了一种基于1550nm波长的无线光通信系统，该系统在晴朗的天气条件下可以实现10Gbps的传输速率，而在多云的天气条件下也可以实现2Gbps的传输速率。此外，美国的一家公司也在2020年展示了一种基于红外波段的无线光通信系统，该系统可以实现10Gbps的传输速率，并且可以在雾霾、雨雪等恶劣天气条件下正常工作。

需要注意的是，无线光通信的传输速率受到天气条件的影响较大，如雾霾、雨雪等恶劣天气条件下，传输速率会受到较大的衰减。因此，在实际应用中需要根据具体情况选择合适的无线光通信系统，以满足不同的传输速率需求。

无线光通信的技术特点主要包括以下几个方面：

无需频谱许可：无线光通信不需要申请频率资源，从而避免了复杂的频率申请和管理流程。

高速传输：无线光通信利用激光作为信息载体，可以实现高速的数据传输，速率可以达到Gbps级别。

保密性好：无线光通信的激光束具有很强的方向性，不易被窃取或干扰，因此具有很强的保密性。

无需布线：无线光通信不需要铺设光纤或电缆，可以减少基础设施的建设和维护成本。

灵活性强：无线光通信可以迅速部署和重新配置，适用于各种应急通信和临时通信场景。

无线光通信的应用主要包括以下几个方面：

最后一公里接入：无线光通信可以作为光纤接入的补充，解决最后一公里接入的问题，提供高速、灵活的接入方案。

无线网络回程：无线光通信可以作为无线网络的回程传输手段，提供高速、稳定的回程连接。

应急通信：无线光通信可以迅速部署和重新配置，适用于各种应急通信场景，如灾害救援、突发事件等。

临时通信：无线光通信适用于各种临时通信场景，如会展、演唱会等。

军事通信：无线光通信具有保密性好、灵活性强等优点，适用于军事通信场景。

太空通信：光通信在太空通信中的军事应用主要是在星际间建立长距离、干线通信链路。卫星光通信具有诱人的应用前景，可广泛应用于高轨道卫星与高轨道卫星(GEO-GEO)通信、高轨道卫星与低轨道卫星(GEO-LEO)通信、低轨道卫星与低轨道卫星(LEO-LEO)通信及空间与地面(GEO-Ground)通信，也可应用于深空探测、载人航天空间站通信。尤其是近年来发展的低轨道小卫星星座，更迫切需要使用光链路。

水下通信：水下通信的军事应用主要包括卫星、飞机及陆地目标与水下潜艇之间的通信。如果采用通常的无线电通信手段，被敌方发现的可能性很大。波长为0.46-0.53微米的蓝绿激光能穿透几百到几千米深的海水，这就为深海通信带来了曙光。

一、可见光通信的原理

可见光通信是一种利用可见光进行数据传输的技术。它的原理是利用LED灯或激光器等光源，将信息编码成光信号进行传输。接收端通过光传感器将光信号转换成电信号，进而恢复出原始信息。

可见光通信的原理与无线通信的原理有很大的不同。无线通信是利用电磁波进行数据传输，而可见光通信则是利用可见光进行数据传输。可见光通信的频率范围在400 THz到800 THz之间，比无线通信的频率范围要高得多。

二、可见光通信的技术

1. 调制技术

调制技术是可见光通信中最关键的技术之一。它是将数字信号转换成模拟信号的过程。调制技术可以将数字信号转换成模拟信号，然后通过LED灯或激光器等光源进行传输。

2. 多输入多输出技术

多输入多输出技术是可见光通信中的一项重要技术。它可以利用多个LED灯或激光器进行数据传输，从而提高数据传输的速率和可靠性。

3. 码分多址技术

码分多址技术是可见光通信中的一项关键技术。它可以将多个用户的信号进行编码，从而在同一时间段内进行数据传输，提高通信的效率。

三、可见光通信的应用

1. 室内定位

可见光通信可以用于室内定位。它可以利用LED灯进行数据传输，从而确定用户的位置。这种技术可以用于室内导航和室内定位等方面。

2. 无线网络

可见光通信可以用于无线网络。它可以利用LED灯进行数据传输，从而实现无线网络的覆盖。这种技术可以用于室内无线网络和室外无线网络等方面。

3. 汽车照明

可见光通信可以用于汽车照明。它可以利用车灯进行数据传输，从而实现汽车之间的通信。这种技术可以用于汽车自动驾驶等方面。

四、可见光通信的操作步骤

1. 准备工作

在进行可见光通信之前，需要准备好相应的设备。这些设备包括LED灯或激光器、光传感器等。

2. 连接设备

将LED灯或激光器连接到计算机或其他设备上，然后将光传感器连接到接收端。

3. 编码数据

将要传输的数据编码成光信号，然后通过LED灯或激光器进行传输。

4. 接收数据

通过光传感器将光信号转换成电信号，然后恢复出原始数据。

五、结论

可见光通信是一种新兴的通信技术，具有很大的发展潜力。它可以应用于室内定位、无线网络和汽车照明等方面。在未来，可见光通信将会成为人们生活中不可或缺的一部分。