浅谈可见光通信技术及应用

浅谈可见光通信技术及应用

作者：崔宪丽

来源：《科学与信息化》2017年第06期

摘 要 可见光通信技术目前还处在起步和摸索阶段，但是应用前景非常好，具有广阔的发展空间。本文主要论述了可见光通信技术的发展历史、应用现状及其发展前景，目的是对可见光通信技术的开发利用能够起到启发的作用。 关键词 可见光；通信技术；应用；前景 1 什么是可见光通信技术

可见光通信技术，又称“LiFi”，是利用荧光灯或发光二极管等发出的肉眼看不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。可见光通信技术的原理非常简单，光亮代表1，光灭代表0，亮灭的组合就携带了信息。利用可见光通信技术，电脑、移动设备等无须连接网线就可以上网，但是又不同于我们平常所说的“WiFi”技术， 可见光通信技术是利用光线进行信息传播的，在室内灯光达到的范围，利用可见光通信技术做成的系统就可以连接因特网。 2 可见光通信技术的发展历程

可见光通信技术的发展可以追溯到1876年，也就是亚历山大·格雷厄姆·贝尔发明电话的年代。1876年3月10日，亚历山大·格雷厄姆·贝尔试验成功了世界上第一台电话机，但是贝尔还发明了光线电话，这是贝尔的另一项伟大发明。光线电话的原理就是利用可见光进行通信，通过调节光束的变化来传递语音信号，从而实现双方之间的无线对话。但是光线电话在那个年代不具备实现的条件，实现光线通话费用昂贵，并且使用价值不高，光线电话就不会得到实际的推广。

进入21世纪，随着LED等的逐步普及，可见光通信再度兴起，并且不断取得新的突破。LED为可见光通信技术提供了实现的物理条件，LED灯比以往的荧光灯和白炽灯可以支撑更快的开关切换速度，这样通过给普通的LED灯加装微芯片，就能使LED灯以极快的速度闪烁，从而利用LED灯发送数据。只要头顶上有灯光照耀，理论上无论是传输数据信息、上网，还是进行语音、视频通话，抑或是调节物联网设备的开关，均可轻松实现，而且借助超高的传输速率，应用体验远超WiFi和4G网络。

日本首先开展了LED无线通信的研究，并且LED照明灯组成可见光无线通信系统的研究工作得到了日本政府的支持。在2006年11月28日发布的科技日报报道：“日本总务省计划与NTT研究所及NEC公司等联手，共同开发一种利用照明灯光传输高速信息的‘可见光通信’系

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统。日本政府将把这一技术作为下一代宽带网普及，预计在5年内实用化”。日本KEIO大学和SONY计算机科学研究所还进行了室内白光LED无线通信的研究。

我国的可见光通信技术现在处在起步阶段，但也取得了一定的成果。经工业和信息化部测试认证，我国“可见光通信系统关键技术研究”获得重大突破，实时通信速率提高至50Gbps（比特每秒），相当于0.2秒即可完成一部高清电影的下载。解放军信息工程大学于宏毅研发团队采用光学和电学相协同的处理方法，突破了可见光空间通道互干扰高效抑制等关键技术，进入集成化、微型化设计与实现阶段。这所大学是国内较早从事可见光通信技术研发的科研单位，2013年牵头承担了我国首个可见光863计划项目，并组建了“中国可见光通信产业技术联盟”。经过3年多的科技攻关，先后研发成功“可见光点播电视业务”“可见光新型无线广播”“可见光精确定位”等应用示范系统。 3 可见光通信技术与WiFi的区别

Wi-Fi是一种允许电子设备连接到一个无线局域网（WLAN）的技术，通常使用2.4G UHF或5G SHF ISM 射频频段。相较于传统的通信技术具有无线电波的覆盖范围广、速度快，可靠性高、无须布线、移动WiFi技术健康安全的优势[1]。但是WiFi与可见光通信技术相比，可见光通信技术有着明显的优势，因此，不少人将其视为WiFi的替代者。我们先看看可见光通信技术与WiFi相比有哪些优势。 3.1 密度高，成本低

众所周知，想要实现WiFi覆盖，就需要部署WiFi热点（无线AP/无线路由器），而相比当前WiFi热点的部署，灯光的密度无疑要高出很多；同时利用已有的照明线路即可实现光通信，不必新建基础设施，而且LED灯的改造成本也要比部署WiFi热点低得多。 3.2 频谱丰富

WiFi 的无线传输需要利用射频信号，然而无线电波在整个电磁频谱中仅占很小的一部分，随着用户对无线网络需求的持续增长，可用的射频频谱将越来越少，终有一天 WiFi网络会变得拥挤不堪。相比之下，可见光频谱的宽度是射频频谱的1万倍，完全不用担心频谱不够用的问题，同时还能缓解全球无线频谱资源短缺的现状。 3.3 无电磁辐射

WiFi依靠的是看不见的无线电波传输，设备功率越大，局部电磁辐射越高，同时也会产生电磁干扰，这对于医院等对电磁信号敏感的机构来说始终是个难题，而选择可见光通信，则完全没有电磁辐射和干扰的问题。

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3.4 高保密性

只要遮住灯光光线，信息就不可能向照明区以外的人泄漏。由此可见，可见光通信技术与WiFi相比优势明显，有着巨大的发展前景。 4 可见光通信技术的应用

我国信息领域著名专家、中国工程院院士邬江兴说过，目前，全球大约拥有440亿盏灯具构成的照明网络，数百亿的LED照明设备与其他设备融合将构筑一个巨大的可见光通信网。可以设想，未来实现大规模可见光通信后，每盏灯都可以当作一个高速网络热点，人们等车的时候在路灯下就可下载几部电影，在飞机、高铁上也可借助LED光源无线高速上网，满足室内网、物联网、车联网、工业4.0、安全支付、智慧城市、国防通信、武器装备、电磁敏感区域等网络末端无线通信需求，为互联网+提供一种崭新的廉价接入方法。

邬江兴预测，在未来数十年内，信息的传输量将超出现有无线电频谱的承载能力，可见光通信技术可有效突破无线电频谱资源严重匮乏的困局，是具有广阔应用前景的下一代无线通信技术之一，可形成万亿级年产值的战略性新兴产业。

由此可见，可见光通信技术发展前景光明，应用范围广泛。下面我们简单介绍一下可见光通信技术的应用。

（1）照明与通信。白光LED 可以同时被用于照明与通信，因此信息可以在室内环境下广播，并同时满足照明的需求。此外，可见光通信还可以实现手持终端之间的点对点通信，由于发散角较小，因此可以有效降低传输损耗，实现高速通信。

（2）视觉信号与数据传输。信号灯在航海和地面交通等领域有着非常广泛的应用，它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性和可靠性。目前，基于可见光通信的信号灯已有若干演示系统，如将数据由交通灯传递给汽车，或将数据在汽车与汽车之间传递等。

（3）显示与数据通信。阵列常常被用于信息显示，如广告牌、信息板等。若将相应的信息调制到这些LED 阵列上，可便捷地将数据传递给用户手持终端。这种显示与通信相结合的系统在机场、博物馆等场所有着巨大的应用前景。

（4）室内定位。传统的卫星定位方法很难实现室内移动用户的精确定位，而可见光通信则可以将用户的位置信息通过照明设施来进行传递，从而实现精准的室内定位。目前，基于可见光通信的诸多室内定位方案已经被提出，日本的VLCC 则已经实现了基于超市环境下的室内定位实验。

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可见光通信技术在我国和国外都处在起步和探索阶段，随着各项技术的不断突破，可见光通信技术的缺点将会不断被克服，在社会上的应用范围将会更加广泛，为人们的生活将会提供更多的便利。 参考文献

[1] 周洋，刘耀进，赵玉虎.LED可见光无线通信的现状和发展方向[J].淮阴工学院学报，2006，15（7）：53-57.