LED的数字时代：探可见光通信LiFi的“前世今生”

2013年5月，清华大学与勤上光电签订了LED无线光通信项目，将一个新名词“LED无线光通信”抛到公众面前。当时，大众对这一名词都比较陌生，或只知其名不知其事。同年10月，复旦大学又传出好消息，LED可见光通信技术在其计算机科学技术学院实验室成功实现。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”。一时间，“复旦大学实现点灯上网”的消息不胫而走。随后，有关可见光通信技术的消息就如潮水般涌来，LiFi彻底火了一把。  

可见光通信研究早已开启  

据了解，可见光通信这一概念并非2013年才有。实际上，早在2000年，日本庆应大学的Tanaka等人和SONY计算机科学研究所的Haruyama就提出了利用LED灯作为通信基站进行信息无线传输的室内通信系统。2002年，Tanaka和Komine等人对LED可见光通信系统展开了具体分析，并于同年正式提出了一套结合电力线载波通信和LED可见光通信的数据传输系统。时光飞逝，科研人员从未放弃研究，终于在2008年10月的东京国际电子展上，日本太阳诱电公司向全世界首次现场展出了白光LED的通信系统，当时，它的最大传输距离仅20cm。虽然这个距离相当短，但在当时，那确实是独一无二的创新技术!  

镜头切换到国内可见光通信研究。2006年，北京大学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。2008年，继日企首次公开展示白光LED通信系统之后，暨南大学教授陈长缨研制出国内首台白光LED可见光通信样机，传输距离大于2.5米。但直到2013年，“复旦大学实现LED灯光上网”的消息疯传网络，LED可见光通信才真正地呈现在国内民众面前。  

继日本、中国之后，欧洲国家也陆续展示可见光通信研究。2009年，牛津大学的Brien等人利用均衡技术实现了100Mbit/s的通信速率;次年，他们展出了室内可见光通信演示系统，利用16个白光LED通信，完成了4路高清视频实时广播。到2010年，德国FraunhoferHenrichHertzInstitute实验室的科研人员将这一通信速率提高到513Mbit/s，创造了当时可见光通信速率的世界纪录。当时的可见光通信还不叫LiFi，而是VLC(VisibleLightCommunication)。直到2011年，爱丁堡大学哈拉尔德?哈斯教授演示了带有信号处理技术的LED灯泡如何将高清视频传输到电脑上，并将可见光通信命名为LiFi(LightFidelity)。2013年10月，来自英国多所高校的研究者们将LiFi的通信速率刷新到高达10Gb/s。  

可见光通信技术正在商业化  

LED可见光通信并非实验室里的“宠物”，它已经逐渐实现了商业化。2013年10月，哈斯教授创立的PureLiFi(原名为PureVLC)公司向美国一家医疗机构售出第一套LiFi设备，价值5000欧元(人民币约4.1万元)。这场交易标志着LiFi的实用商业价值正式被认可。  

国内，2013年11月，勤上光电与清华大学合作成功研发出LiFi通信手机版样品，并预计最终达到iPhone大小和轻薄的程度，实现市场化。  

近日，在今年的国际消费电子展(CES)期间，法国Oledcomm公司演示了可以实现光通信技术的手机设备。技术和工作人员将智能手机的前置摄像头改装成光线感应器，让观众亲眼见证LiFi光通信技术，传输速率约为10Mpbs。该公司表示，明年将会实现可见光通信产业化。  

顺应可见光通信的快速发展，国内各种投资、推广也一应展开。2013年9月，珠海华策集团斥巨资20亿元研究LED白光通信;2013年12月，重庆成为可见光技术推广应用试点城市;同月，江宁开发区中国无线谷的移动通信国家重点实验室专家表示，可见光通信技术应用设备明年有望在江宁开发区产业化。厂商的大手笔投资、政府的大力扶持都昭示着可见光通信前景可期。  

可见光通信应用领域广泛  

虽然可见光通信这一名词我们是耳熟能详了，但具体到它的应用领域，却未必都知晓。LEDinside小编献丑为您解读，其主要四大应用领域有：1)照明与通信，信息可以在室内环境下进行广播，并同时满足照明的需求;2)视觉信号与数据传输，信号灯主要通过颜色的变化来给人们提供信号，而将数据通信与信号灯相结合则可以为交通管理提供更好的安全可靠性;3)显示与数据通信，LED显示屏通常用于显示信息，如果将相应的信息和数据直接传输给用户手持终端，将会提供很大便利，在火车站、机场等场所有着巨大的应用前景;4)室内定位，可见光通信可以将用户的位置信息通过照明设施来进行传递，较传统卫星定位更为精准。  

可见光通信之未来展望  

新技术的开发和推广并不总是一帆风顺，LiFi虽然优点多多，却也会面临诸多技术难题。比如：白天关灯了怎么上网?可见光无法穿透物体，如果灯光被阻挡，信号就将被切断怎么办?数据回传难怎么解决?  

这些问题实在令人头疼，研究者们正费尽心思找寻解决途径。复旦大学信息科学与工程学院教授迟楠表示，国际上已经在研究一种新技术，在LED灯不发光等情况下，通过接通弱电流实现上网功能。而哈斯教授则讲过，WiFi可以成为LiFi的补充技术，当灯光信号被阻挡的时候，可以无缝地切换至射频通信系统。另外，迟楠教授表示，数据的双向传输仍然是一大难题。灯光照射在电脑上容易，但在电脑或手机上安装灯泡回传数据却非易事。  

迟楠表示，可见光通信没有专用芯片组，发射接收系统非常庞大，这些都需要完善。我们要客观看待可见光通信技术。LED灯不是为通信而设计，所以LED灯珠带宽很窄，约20MHz，而且有很强的非线性效应。探测器也不是专为可见光波段设计，蓝光不是最敏感频段。所以在材料、器件、封装、模块等方面都需要做一系列研究。她介绍，目前在复旦实验室里，从灯光通讯控制到芯片设计制造等一系列关键技术产品，都是研究人员自己动手做。用于收发网络信号的发射器和接收器，都有两个笔记本电脑那么大，显然无法普及。  

所以，相关芯片的压缩和产业化，是灯光上网走进寻常百姓家面临的首要难题。迟楠表示，芯片压缩的研发需要大笔资金，在人们已经有了WiFi的前提下，究竟还会不会花大把的钱来研发LiFi所需的芯片就不得而知。但总体来说，LiFi无疑是下一代智慧城市的应用。在下一代城市中，智能电网完备，智能电线连接到千家万户。再配上集约化芯片所做成的可见光通信发射和接收设备，LED灯光上网就可以普及。  

编辑观点：  

技术革新的速度之快超出人们的想象，当人们还沉浸在“蹭免费WiFi”的小窃喜当中，LiFi的脚步已经悄然靠近。科技创新就是突破常规，让“非分之想”成为现实。LED灯具与网络的结合，无疑是21世纪数字时代的发展潮流，为LED照明的推广和网络的进一步普及画下浓墨重彩的一笔。不管LiFi目前的发展如何，难题几许，人们总能找出方法推动它的前进。几年或者十几年后，未来的某一天，我们总会见证LED灯光上网处处开花!