可見光通信技術(shù)應(yīng)用“暴風(fēng)雨”即將來臨

　　可見光通信技術(shù)，對(duì)于許多人來說都只是“久聞其聲”，沒有過真實(shí)的體驗(yàn)。其國(guó)內(nèi)外研發(fā)的現(xiàn)狀如何?技術(shù)方面有了哪些突破?以及它的主要應(yīng)用前景又在哪里?

　　LED作為新一代的環(huán)保光源，具有節(jié)能、環(huán)保、壽命長(zhǎng)、體積小、無毒無害等優(yōu)點(diǎn)，被稱作為“綠色照明”。自2003年6月起，由科技部牽頭成立了“國(guó)家半導(dǎo)體照明工程協(xié)調(diào)領(lǐng)導(dǎo)小組”，拉開了國(guó)內(nèi)LED照明產(chǎn)業(yè)的序幕。此后，國(guó)家相繼出臺(tái)了“LED照明節(jié)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展意見”等政策，開展“十城萬盞”項(xiàng)目，推動(dòng)國(guó)內(nèi)LED照明的發(fā)展。目前，LED照明已在眾多領(lǐng)域普及應(yīng)用，LED照明的市場(chǎng)規(guī)模甚至每年可達(dá)上千億，足見前景非常可觀。

　　據(jù)元秀華教授介紹，LED照明集成可見光通信(Visible Light Communication VLC)，是具有和LED照明同樣的市場(chǎng)規(guī)模。并且，由于LED照明集成可見光通信，“綠色照明+綠色通信”，有著節(jié)能環(huán)保、無電磁輻射、抗電磁干擾等特點(diǎn)，應(yīng)用范圍更加寬廣。

　　有調(diào)研機(jī)構(gòu)對(duì)LED照明市場(chǎng)進(jìn)行預(yù)測(cè)，從2009年到2012年，LED照明增加了3倍之多，到2016年，LED照明將占整個(gè)照明市場(chǎng)的30%以上，以后將更加快速增長(zhǎng)。

　　對(duì)移動(dòng)通信需求的增長(zhǎng)率

　　“哪里有照明，哪里就有網(wǎng)絡(luò)通信”。針對(duì)LED照明+VLC應(yīng)用前景分析，元秀華教授指出，可見光通信是當(dāng)前短距離通信技術(shù)的研究熱點(diǎn)，隨著半導(dǎo)體照明的普及，基于LED和光電探測(cè)器的VLC通信技術(shù)將在不久的將來得到廣泛的應(yīng)用。

　　同時(shí)，他也指出了VLC技術(shù)需求頗為迫切。在人口非常密集的地區(qū)，例如大城市的中央商務(wù)區(qū)，要為區(qū)域內(nèi)大量用戶提供良好的無線接入服務(wù)，即使是最新的蜂窩技術(shù)也面臨巨大的流量壓力。而VLC則可以在提高空間復(fù)用密度的同時(shí)降低小區(qū)間干擾，提供更高的流量密度。

　　在談到VLC(可見光通信)與RF(射頻)兩者的局限與優(yōu)勢(shì)時(shí)，他表示，首先，可見光無法穿墻;其次，頻譜不受管制，不產(chǎn)生EMI;第三，通信距離較短，多徑傳播效應(yīng);最后，室外受太陽光影響，氣候、環(huán)境。從而得出結(jié)論：VLC和RF應(yīng)互為補(bǔ)充技術(shù)，而不是其替代技術(shù)。

　　VLC的應(yīng)用前景

　　那么，VLC的應(yīng)用前景又是怎樣?元秀華教授認(rèn)為，無處不在的LED照明為VLC的應(yīng)用提供了肥沃的土壤。其應(yīng)用領(lǐng)域具體包括有，高速Li-Fi，室內(nèi)定位，通信安全，汽車通信，特殊地點(diǎn)……

　　據(jù)元教授講解，Li-Fi與IEEE802.11定義的Wi-Fi在功能上是一致的，未來Li-Fi共同在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)(Hetnets)中作為接入點(diǎn)(AP)，為用戶提供Internet高速接入。其中，Li-Fi能提升流量密度。Wi-Fi則能增加覆蓋范圍。

　　據(jù)悉，LED照明集成VLC涉及到的相關(guān)技術(shù)包括有：光學(xué)、光電子學(xué)、大氣光傳播理論、通信理論與技術(shù)、光機(jī)電一體化、精密機(jī)械。對(duì)其市場(chǎng)及產(chǎn)業(yè)化前景分析，預(yù)期可帶動(dòng)的相關(guān)產(chǎn)業(yè)就有半導(dǎo)體照明、光電子器件(電子器件、光電探測(cè)器、各類光無源器件等)、光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)行業(yè)、光機(jī)電技術(shù)行業(yè)、光學(xué)機(jī)密機(jī)械制造與加工等。

　　國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

　　此外，元教授還介紹了LED照明與VLC技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，在國(guó)外，美國(guó)、日本、南韓、歐洲等通信技術(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家均投入大量人力物力研發(fā)VLC，2006年，2008年、2012年均有應(yīng)用樣機(jī)展示。尤其是美國(guó)，將LED照明集成VLC技術(shù)，應(yīng)用在軍事領(lǐng)域，僅2010年，投資5000萬美元以上研發(fā)。

　　歐洲市場(chǎng)推出的EIB(一種標(biāo)準(zhǔn)的總線控制系統(tǒng))，采用對(duì)等控制方式，總線為4芯屏蔽雙絞線，采用24VDC供電與電信號(hào)復(fù)用。DALI協(xié)議為電源驅(qū)動(dòng)和設(shè)備控制之間提供異步串行通信規(guī)則，同時(shí)采用半雙工傳輸、雙線差分驅(qū)動(dòng)方式。美國(guó)市場(chǎng)推出的X-10協(xié)議是以電力線為連接介質(zhì)對(duì)電子設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制的協(xié)議。系統(tǒng)由發(fā)送控制盒和多個(gè)接收控制組建組成，實(shí)現(xiàn)照明回路的遠(yuǎn)程控制。

　　日本推出HBS協(xié)議作為家庭網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，松下公司基于HBS的WR31202采用兩線制主從結(jié)構(gòu)，通過手持控制器設(shè)置地址，提高了產(chǎn)品的易用性。FRANCISM等人提出了時(shí)段與照度檢測(cè)相結(jié)合的控制方法，充分利用自然光，系統(tǒng)通過照度檢測(cè)進(jìn)行實(shí)時(shí)補(bǔ)光。

　　返觀國(guó)內(nèi)，我國(guó)已出臺(tái)了“LED照明節(jié)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展意見”等政策，開展“十城萬盞”項(xiàng)目，推動(dòng)國(guó)內(nèi)LED照明的發(fā)展。如今正在逐年增加對(duì)VLC的研發(fā)投入，近兩年僅科技項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)超過2億，多省市已投入數(shù)千萬專項(xiàng)資金發(fā)展LED照明與VLC。華中科技大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、清華大學(xué)等均開始研發(fā)VLC技術(shù)，發(fā)表了學(xué)術(shù)論文，但工程技術(shù)及應(yīng)用滯后于國(guó)外。其中，華中科技大學(xué)已解決VLC關(guān)鍵技術(shù)，已研發(fā)完成LED照明+VLC樣機(jī)，工程技術(shù)處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先。

　　國(guó)外VLC在標(biāo)準(zhǔn)制定方面的情況是，IEEE、VLCC、三星、IrDA等機(jī)構(gòu)都已經(jīng)發(fā)布或正在制定自己的VLC標(biāo)準(zhǔn)，以2011年IEEE發(fā)布的802.15.7最具代表性。然而，OFDM在VLC中的成功運(yùn)用要求制定新的、能被廣泛接受的標(biāo)準(zhǔn)。新標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)能與IEEE802.11的高層協(xié)議兼容。元教授為此判斷，VLC技術(shù)已處于應(yīng)用推廣前夜。

　　目前國(guó)內(nèi)外VLC的推廣商用情況，在LED廠商方面，刺激用戶對(duì)現(xiàn)有LED燈具升級(jí)換代，解決市場(chǎng)飽和問題。在移動(dòng)通信廠商方面，具備VLC功能的設(shè)備將提供差異化競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。元教授認(rèn)為，二者的合作，將推廣VLC技術(shù)從低速向高速演進(jìn)。

　　智能照明關(guān)鍵技術(shù)

　　談智能照明的含義

　　元教授對(duì)何謂智能照明作出如下的定義：無需人工干預(yù)，照明參數(shù)隨場(chǎng)景、環(huán)境等自動(dòng)調(diào)控。例如，人體檢測(cè)控制，環(huán)境參量(溫度、濕度等)檢測(cè)與控制，時(shí)間控制，電參量(電流電壓等)檢測(cè)與控制，光參量(如環(huán)境照度等)檢測(cè)與控制。照明參數(shù)包括了照度、色溫、亮度、顏色、光照時(shí)間、開關(guān)受控、光照布局動(dòng)態(tài)分配等等。

　　在整個(gè)照明場(chǎng)景中，考慮到的因素可以包含：照明、人體移動(dòng)、時(shí)間等參數(shù)。對(duì)各個(gè)參數(shù)進(jìn)行綜合分析后，給出合適的照明方案，并對(duì)照明回路進(jìn)行精確地調(diào)整。

　　談光學(xué)設(shè)計(jì)

　　當(dāng)中，光學(xué)設(shè)計(jì)是LED智能照明的關(guān)鍵技術(shù)之一，光學(xué)系統(tǒng)的功能是按預(yù)先設(shè)計(jì)要求，保障照明區(qū)域的光學(xué)參量合理分布。那些有特殊要求的環(huán)境，都需要進(jìn)行專門的光學(xué)設(shè)計(jì)。

　　談驅(qū)動(dòng)技術(shù)

　　驅(qū)動(dòng)技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)照明智能化的核心——電子技術(shù)。在LED照明里驅(qū)動(dòng)是關(guān)鍵，驅(qū)動(dòng)方式有多種，典型的有線性驅(qū)動(dòng)和非線性驅(qū)動(dòng)。LED智能照明——程控驅(qū)動(dòng)電路。程控方式包括有1、可預(yù)先設(shè)置參數(shù);2根據(jù)場(chǎng)景檢測(cè)實(shí)時(shí)調(diào)控……

　　談光源布局

　　元教授以幾個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景實(shí)例來講解光源布局的問題。在大廳燈光分布上，酒店大廳主要擔(dān)任的功能有：迎賓接待、服務(wù)臺(tái)登記手續(xù)、休息區(qū)洽談等等，因此大廳的布置關(guān)系到客人對(duì)酒店的整體印象，在燈光布置方面要形成良好的氣氛，給人以舒適的視覺感受。

　　在休息室燈光分布上，休息室作為客人進(jìn)入會(huì)場(chǎng)前休息的場(chǎng)所，所以在燈具布置方面，主要采用整體照明，但是在某些區(qū)域還應(yīng)加強(qiáng)局部照明，以滿足讀寫的需要。休息室內(nèi)同時(shí)設(shè)有彩色射燈，必要場(chǎng)合中營(yíng)造效果。

　　在會(huì)議室燈光分布上，比如在酒店會(huì)議流程里，會(huì)議室雖然控制區(qū)域集中，照明回路較少，但是由于會(huì)議進(jìn)行的時(shí)需要頻繁地進(jìn)行模式切換，這些都應(yīng)該通過智能化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。

　　LED照明融合VLC產(chǎn)品基本流程

　　VLC技術(shù)與照明之研發(fā)流程

　　總結(jié)

　　據(jù)了解，在VLC關(guān)鍵技術(shù)研究上，華中科技大學(xué)已完成了LED+VLC寬帶調(diào)制、上下行鏈路設(shè)計(jì)、光學(xué)收發(fā)、多入多出(MIMO)技術(shù)研發(fā)，4終端、1Gbps/100MbpsLED照明+VLC系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)樣機(jī)研發(fā)業(yè)已基本完成，技術(shù)研發(fā)處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先，正研發(fā)工程樣機(jī)，已申請(qǐng)了國(guó)家發(fā)明專利2項(xiàng)。完成了酒店、會(huì)議室等環(huán)境的LED智能照明系統(tǒng)樣機(jī)研制。

　　元秀華教授認(rèn)為，LED照明比傳統(tǒng)照明具有一系列優(yōu)勢(shì)，市場(chǎng)前景巨大;VLC具有寬廣的市場(chǎng)，隨著技術(shù)改進(jìn)，VLC將得到廣泛的應(yīng)用;無線電、光纖通信不能應(yīng)用的環(huán)境，必須依靠VLC。

　　另外，他更指出，LED照明+VLC市場(chǎng)規(guī)模巨大，率先研發(fā)VLC，將處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先，率先占領(lǐng)市場(chǎng)。半導(dǎo)體照明是VLC的應(yīng)用支撐平臺(tái)，VLC集成LED照明將形成巨大產(chǎn)業(yè)規(guī)模。LED照明集成VLC，是通信技術(shù)的發(fā)展方向，其產(chǎn)業(yè)前景不可限量。