LED可见光通信技术发展现状如何？

lifi可见光通信的优缺点

Li-Fi(可见光通信)是一种基于可见光通信技术的无线通信形式，它利用LED灯泡发出的变化频率的光信号进行数据传输。Li-Fi相比传统的无线通信技术(如Wi-Fi)具有一些独特的优点和一些缺点。下面是关于Li-Fi的优缺点的一些说明：

优点：

1. 高速传输：Li-Fi可以提供非常高的传输速度，理论上可以达到每秒几十Gb的传输速率。这是因为可见光的频率高于无线电波，能够提供更大的频率带宽，从而实现更快的数据传输。

2. 大容量：由于可见光频谱宽度广，Li-Fi可以提供更大的信道容量，允许同时传输更多的数据。这意味着Li-Fi可以在高密度的网络环境中支持更多的设备连接，而不会导致速度下降。

3. 安全性：由于Li-Fi使用可见光进行通信，这意味着它的信号难以穿透墙壁，从而提供了更高的安全性。Li-Fi信号不会泄露到无意接收者，从而减少了潜在的安全风险。

4. 无电磁干扰：Li-Fi不会产生无线电波，因此不会对无线电设备产生干扰。这使得Li-Fi在一些对无线电设备敏感的环境(如飞机舱、医院等)中更可靠，同时减少了频谱的竞争问题。

缺点：

1. 可见光范围局限：Li-Fi依赖于可见光进行通信，因此其传输范围和穿透能力受到光的特性限制。可见光无法穿过固体障碍物，因此在信号穿透性上存在一定的局限性。

2. 需要直接可见：Li-Fi的设备需要直接可见光源，否则无法进行通信。这意味着设备之间必须保持直接的视线联系，不能被物体或障碍物阻挡。这可能限制了设备的布局和位置选择。

3. 光线强度受限：特定光源的强度会影响Li-Fi的通信质量。太弱的光线可能导致信号质量下降，从而影响传输速率和稳定性。此外，强烈的光源也可能干扰接收器的正常工作。

总结起来，Li-Fi作为一种新兴的通信技术，在高速传输、大容量、安全性和无电磁干扰等方面具备优势。然而，其受限于可见光范围、直接可见要求和光线强度等因素，仍存在一些限制和挑战。

lifi为什么没普及

尽管Li-Fi在某些方面具有吸引力和潜力，但目前它尚未普及的几个主要原因如下：

1. 基础设施建设：要推广Li-Fi技术，需要大规模安装和替换光通信设备，例如在公共场所、办公室、住宅和城市中安装Li-Fi设备和基站。这需要大量的投资和时间，并且需要与当前的通信基础设施进行协调。

2. 可见光范围限制：Li-Fi的传输范围受到可见光的特性限制，不能穿透固体物体。这就要求设备之间必须保持直接的视线联系，不能被物体或障碍物阻挡，这在实际应用中可能会受到限制。

3. 兼容性问题：由于Li-Fi是一种新兴的通信技术，与传统的Wi-Fi设备和设施不兼容。这意味着在推广过程中需要更多的设备更新和兼容性支持，以确保与现有设备的互操作性。

4. 依赖光源：Li-Fi需要直接可见光源，因此在低亮度或没有光照条件下无法正常工作。这对于在夜间或低光环境下使用Li-Fi的场景造成一定的限制。

5. 竞争和标准制定：通信技术领域存在多种竞争性和互补性的技术标准，如Wi-Fi、5G等。Li-Fi目前还没有一个明确的全球统一标准，这可能会影响市场推广和设备互通问题。

尽管存在这些挑战和限制，Li-Fi仍具有一些特殊的应用领域，比如特定的室内环境、安全性要求高的场所或环境受限的场景等。随着技术的进一步发展和普及，以及相关标准的制定，Li-Fi可能会在未来获得更广泛的应用。

lifi技术可以用在哪些方面

Li-Fi技术可以应用于以下几个方面：

1. 室内通信：Li-Fi可以在室内环境中提供高速、安全的无线通信。它可以用于办公室、学校、医院等场所，提供快速的数据传输、无干扰的通信，并且由于光信号无法穿透墙壁，可以提供更高的数据安全性。

2. 公共场所：Li-Fi可以应用于公共场所，如图书馆、机场、火车站等，为用户提供高速的无线网络连接。由于Li-Fi的频谱不会与无线电频段冲突，可以避免无线网络拥塞的问题。

3. 室内定位系统：Li-Fi的高精度和低延迟特性使其非常适合用于室内定位系统。利用Li-Fi技术，设备可以通过接收多个光源的信号，并计算到达时间来确定设备的位置，以实现室内定位、导航和位置服务。

4. 可穿戴设备和物联网：由于Li-Fi的高带宽和低功耗特性，它可以应用于可穿戴设备和物联网(IoT)中。例如，智能手表、智能眼镜等可以通过Li-Fi与其他设备进行无线通信，实现更快速、可靠的数据传输。

5. 特定环境需求：由于Li-Fi不会产生无线电波，可以在无线电敏感的环境中使用，如飞机舱、医院等。此外，由于光无法穿透水和液体，Li-Fi还可以应用于水下通信和液体环境监测等领域。

需要注意的是，尽管Li-Fi在特定场景和用途下具有一些优势，但其仍面临一些挑战和限制，如可见光范围限制、设备之间的直接可见要求等。在实际应用中，需要考虑这些因素来确定最适合使用Li-Fi的场景。1 可见光通信的原理及技术背景

可见光通信技术(visible light communication，VLC)，是利用发光二极管(light emitting diode，LED)等可见光光源发出肉眼难以分辨的高速明暗变化光信号来传输信息。如图1所示，以二进制开关键控(On-Off keying，OOK)信号传输为例，如果让光强“亮”代表数字通信中的“1”，让光强“暗”代表数字通信中的“0”，则可见光通信系统的调制深度决定了灯光的“明”“暗”状态变化的大小。可见光通信系统的通信速率则影响灯光的“明”“暗”状态变化的快慢。因为人眼有视觉残留，对于老式电感整流的日光灯的 50 Hz 工频闪烁都不大敏感，通常液晶显示器的刷新频率做到 75 Hz 就已经算高端了。

对于可见光通信系统来说，只要调制深度较浅、通信速率较高，则通信时人眼就感觉不到这种光强的变化，但是电子设备却能检测到这些微弱的光强变化实现数字通信，这就是可见光强度调制方式的通信原理。灯泡、电视机背光源等LED器件能在不影响原有照明、显示功能的前提下实现无线通信功能，这的确是一件令人兴奋的事情。于是，科研人员不断努力提高LED器件的通信速率、系统的稳定性，大众则期待未来用一盏照明灯提供照明、通信甚至无线供能等诸多服务。众所周知，为了实现高速通信，通信技术从电通信演进到了光通信;为了实现移动通信，通信技术从有线通信演进到了无线通信。可见光通信作为一种无线光通信技术，它兼具了光通信的高速以及无线通信的灵活这两大优点，加上“可见”带来的操控便捷性，使其成为了一项备受期待的无线通信新技术。1880年，贝尔用太阳做光源，用硒光电池做探测器发明了光的无线电话。因为受限于当时材料和器件的约束，该技术未能商用化。2000年，日本庆应义塾大学 Yuichi Tanaka 等研究人员提出用室内照明LED灯组建无线基站(wireless homelink，WHL)的概念，并论证了用照明LED灯来通信的可行性，开启了可见光通信技术研究的新纪元。2008年，美国成立了由波士顿大学、Rensselaer理工学院、新墨西哥大学组成的智能照明中心，开展可见光通信技术研究。2008年，欧洲启动了OMEGA计划，由法国电信 Orange Lab 牵头，包含20多位工业界和学术界的成员，如牛津大学、雅典大学、西门子公司等，围绕高速的电力线载波、超宽带无线、红外通信、可见光学通信等技术开展研究。2008年末，为了依托LED照明，实现无线领域从电磁向光传输的演进，时任中国科学院院长的路甬祥院士批示中国科学院半导体研究所整合所内优势研发力量，启动了基于可见光通信的“半导体照明信息网”(solid state lighting information network，S2-link)的研究。

所以，可见光通信技术的发展得益于半导体照明的推广，它和半导体照明有着密不可分的联系。基于照明光源来复用实现通信功能，是可见光通信技术的基础使命。

1.2 技术特点

LED的发光效率理论极限是 350—450 lm/W，实验室有人已经把LED的发光效率做到了 303 lm/W，所以LED在照明领域高效节能优点已经被大众接受。根据《2019年中国半导体照明产业发展蓝皮书》的统计，2019年LED通用照明产品实现节电3069亿度，减少碳排放2.4亿吨。基于LED光源的可见光通信技术在信息领域的优点正在逐渐被大家认知。因为现在的无线电频谱资源已经非常拥挤，待分配的频谱资源非常有限，要开展新的无线通信业务就需要拓展新的频谱资源，太赫兹、可见光频段是第6代移动通信中被大家看好的新频谱。

基于白光LED的室内可见光通信技术以可见光作为载波，以室内自由空间作为信道，同时具有光通信的高速和无线通信的便捷这两大优点，不过它的通信速率高不过光纤通信，移动便捷性好不过射频通信。但是随着移动接入终端用户数量的增多，基于频率、带宽共享原则的WiFi技术在人口密集区已经很难给无线用户提供满意的用户体验。而可见光通信技术可以简便地实现空间复用，能在人口密集区为用户提供独享的高带宽通信链路。所以和传统的无线射频通信技术相比，可见光通信具有高速、大容量、安全的技术优点。

可见光的光波频率约为百THz量级，WiFi的电波频率约为GHz量级。一般来说光通信比电通信的通信速率要快，且因为频率相差很大，光通信也不容易受到电磁信号干扰。WiFi使用的IEEE 802.11b/g/n 标准的工作频段为 2.4 GHz，IEEE 802.11a/ac/n 标准的工作频段为 5 GHz。日常生活中许多电气设备辐射的射频信号也正好覆盖WiFi的相同频段，如：微波炉、蓝牙设备、无绳电话、电冰箱等，所以WiFi无线网络肯定会受到影响。如果在无线环境中存在多台无线设备，则还有可能产生频道冲突、无线信号串扰的问题。通常，如果距离无线设备及通信电缆线路 100 m 内有无线电发射塔、电焊机、电车或高压电力变压器等强信号干扰源，则也有可能会对无线信号或设备产生强干扰，影响有效通信速率。因为光波的通信带宽比电磁波的通信带宽要高，所以可见光通信比传统射频无线通信更具速率优势。现在，可见光通信单点高速率的优点已经初步体现。

为了实现宽带大容量的无线通信，无线基站技术的发展方向是提高蜂窝小区的复用度。因为光的空间复用性比电的空间复用性要好，能建立比无线电更小的无线光小区，故可以在给单个用户提供高速实时通信的同时，通过众多非常小的无线光通信小区组网实现无线光网络系统的超大容量。可见光通信利用LED的透镜或灯罩把光局限在很小的区域，故可以通过分割非常多的热点小区来提高整个系统的通信总容量，在一个几十平米的房间内实现数十Gbps的无线容量已经没有技术难点。

可见光通信的信号可见易控，靠灯珠的透镜、灯具的灯罩和使用场景的窗帘等遮挡物就可以灵活控制信号覆盖区域，同时能通过肉眼观察信号覆盖区域，并能有效防止信息泄露。一般现在的无线路由器能穿两堵混凝土墙，要是辐射功率大的路由器则信号穿墙更厉害。虽然银行账号和密码等信息会经过加密后传输，但是只要数据包能被人截获，就有可能被破解。倘若黑客搭建一个WiFi钓鱼热点，无线用户从服务集标识(service set identifier，SSID)上判断以为是合法的路由器，实际上连接的是别人的钓鱼热点，通信数据很容易就被抓包，加密数据被破解只是时间长短的问题了。灯光不穿墙，穿窗帘都不行，只要你用自己的眼睛看好了，光没有外泄，再牛的黑客也没办法抓包，用户不再担心“第三只耳朵”，能享受前所未有的心理安全感，能满足大家日益增长的通信安全需求。随着大家对通信安全性的关注度不断增加，可见光通信抗电磁干扰以及防信号泄露的技术优势也会更加受到重视。

除了高速、大容量、安全的优点外，可见光通信的“低能耗”优点也开始显得越来越重要。中国电信技术创新中心副主任杨峰义在中国通信学会举办的“2019 天线射频系统与5G通信专题研讨会”上表示，目前困扰5G发展的一大难题是功耗。根据他的报告，2018年中国三家移动通信运营商的移动基站共耗电270亿度，总电费240亿元。在同样覆盖情况下，预计5G的网络能耗将达到 2430 亿度，电费达到2160亿元。2019年，随着5G在中国的商用，5G高能耗的问题已经成为了大家担忧的话题。可见光通信可以利用照明、显示 LED 来复用实现通信功能，近似于“零能耗”通信。根据中国照明学会提供的统计数据，2016年中国照明用电约7318.7亿度，2017年中国照明用电约7963.3亿度(功率大)。2017年，中国LED灯在用数量约为93.6亿只(数量多)。如果利用室内灯泡充当可见光通信的无线基站来做高速大容量的无线光通信，在照明节能基础上的通信节能意义也非常大。

2 可见光通信的技术路线

可见光通信按照LED光源的颜色分为单色LED通信、三基色或更多色LED通信、荧光型白光LED通信。通常，单色LED器件不含荧光粉，单个PN结的调制速率就是通信总速率;多色LED器件由发不同颜色光的多个PN结混成白光，也不含荧光粉，多个PN结的调制速率累加就是通信总速率;荧光型白光LED器件常用发蓝光的PN结外加黄色荧光粉组成，如图3所示，单个PN结发出的蓝光是信号光，激发的黄色荧光是噪声光，调制速率一般会低于单色LED。按照LED光源功率大小分为大功率LED通信、中功率LED通信、小功率LED通信。一般LED器件功率越小PN结面积越小、调制带宽越高、通信距离越短。可见光通信系统常用的半导体探测器是PIN管和APD管，采用APD探测器可以提高检测灵敏度，从而提高通信距离。可见光通信系统按照信号处理的实时性可分为实时传输系统和非实时传输系统，非实时传输系统的数据处理包含离线处理的环节，无法实现不间断的数据通信。可见光通信技术研究最初集中在基于照明光源复用实现通信功能，后来为了强调光通信高速的优点，逐步弱化了照明约束，技术研究路线呈现百花齐放的态势，对系统的应用价值的理解也见仁见智。目前，该技术整体还处于新技术的研发及应用探索阶段。从技术研发的情况来看，围绕如何实现高速大容量的LED照明通信的技术研究以及核心器件研发是研究热点，同时基于低速LED照明通信技术的创新应用研究也是大家关注的焦点。也就是说，可见光通信研究已经逐步分割成不计成本地追求高速大容量的可见光通信和借助已有LED光源低成本地复用实现创新应用这两大方向。