LED可见光通信的发展现状及趋势分析

　　如今,LED灯泡已不仅仅局限于照明本身,而是如梦幻一般被赋予了更多功能,可以实现更多的创新应用。随着LED产业的迅猛发展,基于LED照明设备的一系列智能照明应用被越来越多的挖掘出来,LED灯泡也随之变得更加的智慧和神奇。而可见光通信的出现,更使其加入信息使者的行列。

　　正在此刻,LED遇见可见光通信,正待开启LED下一个“奇幻”之旅!

　　“当前,基于可见光通信技术下开发的LED灯泡已经成长为具有照明、通信、跨界应用等多重意义及用途的智能照明设备,且迎来了发展的大好时机。”有业内人士如此指出。

　　4月中旬,2014年诺贝尔物理学奖得主中村修二在访台期间也预言,“LED产业的下个杀手级应用是可见光通信(LiFi)。”他认为,未来家里的灯光将可以承载通信讯号成为最后一里路的信息传输设备,人们甚至可以在路灯下下载电影和音乐。

　　究竟什么是可见光通信技术(VLC,又称“LiFi”,以下简称“LiFi”)?该技术具有哪些优势?当前技术进展及产业化趋势如何?未来应用前景与“钱景”怎样等都成为业界普遍关注的重点问题。LED此刻遇见可见光通信,又将书写怎样的传奇!

　　听见:LiFi来了

　　LiFi(LightFidelity),全称为“可见光无线通信”,又称“光保真技术”,是一种利用可见光波谱(如灯泡发出的光)进行数据传输的全新无线传输技术,由英国爱丁堡大学电子通信学院移动通信系主席、德国物理学家HaraldHass(哈拉尔德·哈斯)教授发明。

　　LiFi是运用已铺设好的设备(无处不在的LED灯),通过在灯泡上植入一个微小的芯片形成类似于AP(WiFi热点)的设备,使终端随时能接入网络。“该技术通过改变房间照明光线的闪烁频率进行数据传输,只要在室内开启电灯,无需WiFi也便可接入互联网。”LiFi发明人HaraldHass教授在第十一届中国国际半导体照明论坛上首次介绍LiFi技术时表示。

　　“LiFi是用可见光来实现无线通信,即利用电信号控制发光二极管(LED)发出的肉眼看不到的高速闪烁信号来传输信息。”2015中国(上海)国际半导体照明应用技术论坛“LED白光通讯的应用突破口”主题分会上,上海航天技术研究院第804研究所的袁卫文博士如此解释了LiFi的概念。

　　“光可以作为一个服务提供给客户,更可以实现很多的可能性。而目前我们的目标就是实现双重传输功能。”在HaraldHaas看来,一个灯泡并不只是光支出单位,它更应该是具备无线上网收发的设备,可以作为无线热点一样成为未来的通信设备,LiFi不仅是无线通信技术的变革,还能成为物联网崛起的助推剂,成为未来互联网的又一传输形式。

　　比如街上的路灯就可以实现一个超大的智能环境,每一个街灯都可以成为光电发出的云头,不需要再去建设其他的电波发电站,只需要将灯泡、灯柱设立起来,就能够帮助光电传输。

　　在HaraldHass教授和爱丁堡大学学生的共同努力下,终于实现了以“可见光通信”方式来打破数据传输的传统介质,利用LED迅速闪烁来进行二进制之间的无线数据传输,从而让改变未来的无线传输成为了可能。

　　看见:LiFi优势明显,应用前景可期

　　与现有WiFi相比,LiFi的优势有哪些?“由于光线无法穿过墙壁,LiFi技术可能比传统的WiFi连接方式更为安全,而且LED灯泡普及率非常高,因此LiFi技术有望比现有的无线电通讯系统更便宜、更节能。”HaraldHaas表示。

　　“未来的可见光通信既安全又经济。”一位业内专家也同样认为。究其原因,这位专家从五个方面进行了分析:

　　一是,光源易得。LiFi与光纤通拥有相同的优点,如高带宽、高速率等。但不同的是,LiFi是使光传播在人们周围的环境中,自然光能到达的地方就会有LiFi的信号。随着白炽灯、荧光灯逐渐退出市场并被LED取代,未来任何有光的地方都可以成为潜在的LiFi数据传输源。

　　二是,应用范围更广。LiFi在任何对无线电敏感的场合都可以使用,如飞机上、手术室里等。

　　三是,传输速度快。光频谱的宽度可达到射频频谱的1万倍,这意味着可见光通信能带来更高的带宽,LiFi能带来高达1Gbps的数据传输速度。

　　四是,LiFi不需要再新建任何基础设施,而传统射频信号的发射需要能量密集的设备。光频谱未得到利用和监管可进行高速通信。

　　五是,技术安全性极高。由于可见光只能沿直线传播,因此,只有处在光线传播直线上的人,才有可能截获信息。

　　中村修二在对比LiFi和WiFi时也表示,现有的通讯方式主要是以光纤有线通讯搭配微波无线通讯(如WiFi)为主,但WiFi则有着为人诟病的两大缺点,即易遭拦截和微波有害人体。而以LED光线做为传输讯号的载具就没有这些问题,只要讯号一遭拦截,光就被遮断,肉眼立刻能够察觉,安全性更高。另外,LED光线没有微波,不伤害人体,也不会干扰仪器,目前在医院、飞机机舱等条件限制较高的场所均已使用。

　　复旦大学教授迟楠则认为,高速通信是LiFi技术的最大优势,相对于WiFi和4G网络,具备更加安全、无电磁污染和频谱无需授权的优势。LiFi不仅能够完成定位和高速传输,在音频系统方面也有很大的用途。

　　“LiFi具备频谱不需申请、可利用照明光源产生信号、无电磁辐射、保密性好的特点,主要应用在LiFi热点覆盖、室内定位导航、智能交通、保密通信、深空通信等方面。”袁卫文也表示。

　　梦见:LiFi或将成为LED下一个“爆炸式”应用

　　有人说,LiFi的出现是通信领域的变革,使拓展下一代宽带通信的频谱,抢占空白频谱,有效利用资源,加深与照明、显示产业的联系,增加通讯优势等都成为可能。

　　的确,随着技术的发展,LiFi不仅在移动通讯领域大有作为,还会在物联网、健康卫生等领域拥有一系列的应用方案。

　　中国科学院上海技术物理研究所研究室主任、研究员张涛表示,未来LiFi应用前景广泛。首先,LiFi它可以实现数据融合,“大数据”时代的来临使通信“带宽”遭受到前所未有的压力,而比无线频谱带宽高1万倍的可见光通信正好可以带来更高的带宽。其次,LiFi可照亮通信死角,实现在飞机上打电话、上网,在医院仪器设备区或矿井中使用手机,在隧道、地铁里畅顺通话等。第三,LiFi可拓展物联网产业,使智能家居系统;博物馆展品讲解系统;室内定位系统;可穿戴设备、显示屏对手机发送信息、广告推送、移动支付等方面发生一系列的变革。

　　“目前,互联网大数据和智能手机已经改变了人们的生活,而可见光通信的出现再一次放大了互联网对人们生活的影响。”张涛进一步指出。

　　迟楠表示,可见光通信越来越多的出现在人们生活之中,有数据预测,到2018年,半导体照明普及率将会达到80%,与此同时,可见光通信的发展将会随之更加迅速。“可以说,随着光通信普及进程的推进,可见光通信技术将站在LED这个巨人的肩膀上。”

　　“有数据预测,到2018年,LiFi的应用将达到市场高潮,预计产业总体市值将达到61,380亿美元。”HaraldHaas引用相关数据来表明LiFi巨大的市场潜力。“这是一个很大的市场机会,你可以看到这个市场的增速。我们在英国的研发中心投入了800万欧元用于这项技术的研发。”他由衷的表示。

　　自身的优势让LiFi前景可期,同时也让LED的应用思路进一步拓宽。由此,中村修二才给出了“LED下个杀手级应用是LiFi”的预言。

　　“随着LED技术的日臻成熟,在性能优异的LED灯具的基础上加载更多的功能,会带来更多的应用可能,而可见光作为其中最为基础的应用,应用范围十分广泛,前景也更加诱人。”一位LED企业老总也如此表示。

　　实际上,可见光通信的研究在国外已经有十多年的历史。

　　迟楠表示,目前,可见光通信已成为美国、日本和欧洲等国家在国际通信研究领域的必争之地,我国863计划于2011年部署可见光通信技术研究后,经过多年科技攻关,已在调制带宽拓展、实时传输速率、融合网络架构等方面取得了一批重要研究成果。

　　即便如此,也有人士指出,目前,可见光通信的应用仍处在发展阶段,市场除了一些专门的订货之外,大部分还依旧停留在实验室阶段,同时仍面临一些亟待解决的问题,尤其在通信方面还存在一些技术弊端,如可见光无法穿透物体,若接收器被阻挡信号将被切断;手机使用可见光来通信的问题还未解决等。

　　对此,业界也积极群策群力,为未来LED在LiFi方面的广泛应用,更为中国在可见光通信领域的抢占竞争优势共同献计献策。

　　袁卫文认为,适用于可见光通信的LED器件通过适当的调整材料和芯片的结构,优化器件工艺参数,引入表面等离激元等新的辐射复合机制等方式能够有效的提高LED器件调制带宽,进一步拓展可见光通信系统的应用范围。

　　华策光通信科技有限公司COO唐海军也认为,通过LED可见光通信定位技术可将室内定位准确性达到1米以内,并且只需在灯具中安装一个可见光通信技术(u-beacon)的定位模块,那么每一盏LED灯具都变成具有独立ID的GPS小卫星,通过智能手机照相机的接收解码即可实现准确定位,这将成为开启室内定位市场的点金石。

　　巨大的市场前景和“钱景”,让一些企业纷纷投入LiFi的技术研发与应用普及中,如华策光通信就首次提出了“光网”的概念。

　　唐海军表示,以后每一盏拥有独特ID的灯具作为信息的入口,可以组建成“光网”,由不同灯具厂家经营不同号段,开放位置、数据等接口,提供运营,解决方案等增值服务,从而获得持续收益。如果充分挖掘可见光通信室内定位这座“金矿”价值,“光网”可能将成为继移动、联通、电信三大运营商之后的第四大运营商。

　　可以看出,虽然LiFi目前仍然存在应用的瓶颈期,但业内人士仍坚信,随着技术的成熟,LiFi技术提供的解决方案将会在全球创造一个全新的信息市场,在人类生活中发挥重要作用,改变着人类的生活方式。

　　未来,只要有光的地方就会有讯号,就会有LiFi的存在。试想,打开台灯下载影音;站在路灯下上网查地图;在超市的货架旁透过光线来接收产品讯息;在海底探勘时,只要灯光照就能传输讯号……

　　正如HaraldHaas所言,“这不仅仅是一个行业,未来还有各种各样的机会,能够创造一些新生产业。我们看到了现在LiFi的通讯需求,我们能够重新定义LED照明,赋予LED照明更多的内涵和功能,这是我们正在经历的变革,让我们共同期待LED的下一个‘爆炸式’应用--LiFi的到来。”