LED可见光通信――引领未来生活

不久前，英国可见光通信研究被《时代周刊》评为2011年全球50大科技发明之一。在我国，基于LED可见光通信的智能家居系统和上网系统已经在上海世博会和最近的广州高新技术展示会上展示，并引起了观众的强烈好奇灯光在提供照明的同时，是如何实现通信功能的呢？就此，我们采访了我国可见光通信专家陈雄斌。

LED灯“一开一关信息就传过去了

辽宁日报：通信在我们的生活中越来越普遍和重要，通信技术深刻地影响着我们的生活，它的每一个技术进步都会引发关注，我们对光纤通信、对宽带、对无线通信都耳熟能详，而当英国的可见光通信研究被《时代周刊》评为2011年50大发明之一，我们觉得很新鲜。利用照明设备、可见光真的可以实现通信吗？

陈雄斌：要看是什么样的照明设备，普通的灯具如日光灯、白炽灯不适合当作光通信的光源，而LED灯则非常适合做可见光通信的光源，在照明的同时实现较高速率的光通信。

辽宁日报：现在LED半导体照明很“热，但这个“热是基于它独特的照明功能，没想到它还能实现通信功能，与红外线通信是同一性质吗？

陈雄斌：LED照明节能、可靠、使用寿命长，作为下一代主流照明技术正在大力推广。它除了用于背光、照明、显示，还能实现光学无线通信。而红外通信的光源其实也包括LED，只是它发出的光是人眼不可见的红外光，而照明LED发出的光是可见光，所以，可见光通信比红外线（光）通信对人眼睛的安全性要高些。

辽宁日报：为何LED能实现通信功能，而普通白炽灯却不能？

陈雄斌：其实LED发光是一闪一闪的，因为闪动频率极高，我们的肉眼 “功能太差分辨不出来，这种闪动其实就是一种开、关过程，LED这一开一关就可以承担发送信息的任务了，比如，开就代表“1，关就代表“0，通过信息编码也就是0与1的各种组合，就可以通过灯光来传递了，灯光在空气中传输就类似于光纤通信中信息在光纤中传输一样，这就是LED可见光通信的基本原理。LED作为半导体器件，这种高速的亮灭也就是开关的通断能力是它的特性，而白炽灯因为在亮灭的变化过程中非常容易被损坏，且亮灭变化动作太慢，因而不具备这种通信功能。

辽宁日报：具体是怎样的过程？信息从哪里来，又被传到哪里去？ LED光在其中扮演什么角色？

陈雄斌：来自智能家居系统中央控制器的控制指令信号对LED灯进行调制后转换为光信号，以灯光照射的方式实现下行传输，在灯光照射范围内安置的接收设备就可以接收光信号，并能把光信号转换为电信号，实现信息、指令的接收。LED光源是一个电光信号的转换器，可当作光学无线局域网络（WLAN）数字发射机的光源。

辽宁日报：光线是散乱而且是多方向的，在光源和探测器之间存在许多条不同的光路，探测器能够准确地接收吗？

陈雄斌：因为不同的光路径到达接收机的时间不同，确实存在码间干扰的问题，这是需要解决的，我们通过灯具设计结合编码调制技术避免了多径效应引起的码间干扰。

手术室、飞机机舱可见光通信一显身手

辽宁日报：与光纤通信及基于射频的无线通信相比，LED通信有什么特点和优势？

陈雄斌：大家熟知的光纤传输，得拉线、布网，而可见光通信借用照明网络中的照明灯进行通信，只要在有LED照明范围内的自由空间就可以实现无线数据通信。目前常用的无线射频通信中的射频信号对人体有害，且容易对其他设备产生电磁干扰，不适宜在电磁敏感区使用，而LED可见光通信则没有这些问题。此外，LED通信还具有安全性高的优势，用窗帘遮住光线，信息就不会外泄至室外。

辽宁日报：那么，LED可见光通信能否替代现在的光纤通信和无线通信？

陈雄斌：现在有很多种无线通信技术，如蓝牙、Wi-Fi、WiMax和LTE等，LED可见光通信虽然有很多优点，但是还不能、也没有必要完全取代其他无线通信方式。 LED可见光通信让我们多了一种无线技术的选择，让我们能在不希望或不可能使用无线电传输网络的场合比如飞机上、医院里发挥它的作用。

手术室、飞机机舱可见光通信一显身手

辽宁日报：与光纤通信及基于射频的无线通信相比，LED通信有什么特点和优势？

陈雄斌：大家熟知的光纤传输，得拉线、布网，而可见光通信借用照明网络中的照明灯进行通信，只要在有LED照明范围内的自由空间就可以实现无线数据通信。目前常用的无线射频通信中的射频信号对人体有害，且容易对其他设备产生电磁干扰，不适宜在电磁敏感区使用，而LED可见光通信则没有这些问题。此外，LED通信还具有安全性高的优势，用窗帘遮住光线，信息就不会外泄至室外。

辽宁日报：那么，LED可见光通信能否替代现在的光纤通信和无线通信？

陈雄斌：现在有很多种无线通信技术，如蓝牙、Wi-Fi、WiMax和LTE等，LED可见光通信虽然有很多优点，但是还不能、也没有必要完全取代其他无线通信方式。 LED可见光通信让我们多了一种无线技术的选择，让我们能在不希望或不可能使用无线电传输网络的场合比如飞机上、医院里发挥它的作用。

辽宁日报：飞机上是不可以打手机及上网的，用LED可见光通信可以实现吗？

陈雄斌：目前手机和无线终端发出的射频信号会对飞机的导航和通讯系统造成干扰，容易影响飞行安全，所以飞机上乘客的通信愿望是要被限制的，但是有了LED可见光通信，只需在飞机上加装一个中央控制器，将接收到的卫星信号输送到乘客座位上的LED阅读灯上，此时的LED阅读灯作为一个网络接入点，接收并发射信息，放置在其下方的笔记本电脑就能接入互联网；再比如医院，高频电磁波类型的无线通信干扰可能会对某些仪器造成损害，特别是在手术中，那么这个时候也可以用可见光通信安全、高效地控制某些设备或传输X光图像等。另外LED通信还可用于智能交通系统，实现交通信息的实时广播和身份识别等功能。

辽宁日报：这些目前都已经能够实现了吗？

陈雄斌：是的，我们已经做了光学无线的智能家居系统和上网系统，只是还没有大规模地推广开来，在一些细节上还要完善。下一步我们将对应用系统的功能进行完善，同时还计划研发博物馆展品讲解系统。

利用LED可见光通信实现的机舱网络系统（上）和（下）

构建智能家居系统简简单单三步就行

辽宁日报：科学界是从什么时候开始研究LED可见光通信的？

陈雄斌： 1999年由香港大学电子工程系的一位教授提出了可见光通信技术，日本KEIO大学的教授发展了该项技术，并于2003年12月成立了可见光通信协会，随着半导体照明技术的发展，可见光通信技术研究发展也获得了新的动力。

辽宁日报：由于在室内一定会安装照明系统，所以感觉LED可见光通信将会有直接而广泛的应用，会深入到每个家庭和单位，发挥更大的通信作用。

陈雄斌：我想应该是这样。刚才在演示厅为您演示的就是一套新型的智能家居系统，它实现了照明网络和通信网络的融合装在墙上的中央控制器可以控制家里和安防系统的电器，并有触摸屏。当启动了某个指令，控制器将这个指令传给LED光源，LED光源再通过可见光传到光照范围内的电器上，由于电器上安装有微小的探测器，接收到指令后就会进行相应的动作。而我们对中央控制器的指令既可以通过触摸屏操作，也可以像刚才我演示的那样通过手机来发送，手机充当了智能家居系统的集中遥控器，这得益于我们为中央控制器开发的网络远程接入功能。这套智能家居系统使人们可以随意控制家居电器，比如，下班回家前在路上，你可以用手机控制家里的LED灯指挥家电工作，电饭锅煮饭、热水器打开、空调开启，回家后可马上享用。要享受这种生活很容易，系统改造只需三步。第一步是用我们的LED灯替换旧的灯具；第二步是给中央控制器插上电；第三步是给受控电器加装白光通信接收机。不需要重新布线，非常方便。

辽宁日报：这套可见光通信目前的传输速率能达到多少？

陈雄斌：2010年上海世博会上我们的上网系统是2Mbps.

辽宁日报：去年英国那个研究可见光通信的小组实现的10兆/秒是如何实现的，他们的和我们的有什么不同？

陈雄斌：英国物理学家哈拉尔德-哈斯教授的LED灯光上网系统速率是10M，从速率上来说，他们现在的上网速率比我们高，而我们要达到这个速率也是可能的，目前我们侧重做的是一个系统应用。

辽宁日报：看来，LED可见光通信的前景十分喜人。

陈雄斌：欧美日韩等发达国家都在加紧研制和发展这一领域，在某些方面达到了较高的技术水平，我国在这方面通过国家的重视和科研人员的努力，不但掌握了LED可见光通信的先进技术，而且有了实际的应用设计，正处于产业化的前夜，产业界的应用需求是技术发展的不竭动力，我们正在开展低照度可见光通信以及单片集成可见光接收机芯片设计等研究工作。我们相信，LED可见光通信技术的发展必然会使大家的生活更舒适、更便捷，也能为无线通信的发展提供新的解决方案。