用灯泡能上网，是真的吗？新科技可见光通信技术

作者：    时间：2016/11/5 21:22:45  来源：   

在日常生活中，灯泡给了我们无处不在的照明。除了照明，如果有人告诉你灯泡还能通信，并且通信速率还很高，你信还是不信呢？ 　　灯泡通信是一件很新奇的事，它得益于令人浮想联翩的新科技——可见光通信技术。 　　上网搜搜“可见光通信技术”，你能看到各种报道，包括中国人在2010年上海世博会的展示、外国人在TED上的介绍、美国时代周刊的“LiFi”、中国中央电视台的“光怪路由”…… 　　如果你关注可见光通信系统的速率指标，你还会发现科研团队的成果不管是10Mbps、100Mbps、Gbps还是数十Gbps，都能标称国际先进。 　　要想客观评价这项无线通信新技术的研究进展，还得学习一些通信技术的基本知识。 　　作为一名从事可见光通信技术研究的一线科研人员，下面我以中国科学院半导体研究所的一项研究成果为案例，对可见光通信这项无线通信新技术进行简单的科普。 　　在中国科学院官网上，对半导体研究所的一项可见光通信技术研究成果有如下描述： 　　基于1瓦荧光型白光LED[1]和PIN探测器[2]在OOK调制下单路[3]实时[4]传输平均速率[5]610Mbps，在传输距离6.2米时，平均误码率[6]为3.5e-5量级，远低于前向纠错的误码率上限要求3.8e-3。 　　网站还附上了如下图所示的系统实物照片和安捷伦误码率测试仪[7]81250的测试结果。 　　下面我们针对上述这段话中的几个关键词逐一进行解读。 　　“1瓦荧光型白光LED” 　　目前常用的半导体照明光源是荧光型白光LED，因为荧光不适宜做高速光通信，所以有人会用不含荧光的蓝光LED，甚至使用三颗芯片的RGB三基色LED或者四颗芯片的RGBY四色LED，这样能利用波分复用实现多芯片速率的累加。 四种半导体照明光源（点击图片可放大）四种半导体照明光源（点击图片可放大） 　　“PIN探测器” 　　半导体光探测器按照器件结构分最常用的是PIN探测器和APD探测器。其中，APD探测器带雪崩放大功能，能实现微弱光信号的探测，能有效延长光通信系统通信距离，价格昂贵。PIN探测器虽然便宜，但是本身不带信号放大功能，对最小信号光功率要求较高。 PIN探测器和APD探测器PIN探测器和APD探测器 　　“单路” 　　单路就是一个通道，多色光的波分复用或者多个LED的空分复用是多通道通信，多个通道的通信速率累加就是系统的通信速率。 单一通道传输和多通道传输单一通道传输和多通道传输 　　“实时” 　　实时是相对离线而言的，离线处理肯定是非实时通信，因为它只能发一个数据包，不能连续发送并处理数据包，而实时就是能连续传输并处理，如果要做个比喻的话，实时通信就好比自来水管放水，而离线处理则是抛扔瓶装水。 实时通信和非实时通信就好比一个是自来水管放水，一个是抛扔瓶装水实时通信和非实时通信就好比一个是自来水管放水，一个是抛扔瓶装水 　　“平均速率” 　　所谓平均速率，就是通信系统持续工作一段时间（比如2个小时）平均每秒传送了多少比特信息。而峰值最高速率就是某一瞬间的最高速率，可以比喻成“最辉煌的瞬间”。 平均速率和分值速率平均速率和分值速率 　　“平均误码率” 　　误码率通常与系统的传输距离、传输速率成反比。原始误码率只要低于前向纠错3.8E-3的要求就可以通过冗余编码来纠错，改善误码率。而两个通信系统性能比较，通常误码率、传输距离、传输速率三者要综合考评，单比一个指标没太大意义。 　　“误码率测试仪” 　　误码率测试仪是专用于误码率测试的仪器。如果没有误码率测试仪，利用接收机的眼图、星座图等也可以初略估算误码率。 　　通过上面的介绍，相信大家已经明白了，我们日常生活中照明用的1瓦的荧光型LED灯，除了做照明用能节能省电外，做通信用也已经实现600Mbps以上的高速无线传输，并且还能继续提速。 　　其实，如果不限定是做实时传输，采用高阶调制技术做非实时传输，在实验室里大功率的无荧光粉的LED已经能实现Gbps量级的峰值传输速率了。如果能研发相配套的高性能的数据处理芯片，则大功率LED进行Gbps量级的实时传输也有望实现，1颗四色LED甚至能有望通过波分复用实现10Gbps的传输。 　　看来，光通信比电通信快的基本常识，在无线通信领域也能很容易得到验证了。