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看得见的无线通信手艺——可见光通信

admin 新科技 2020-11-17 14:42:09 8 0

|作者:陈雄斌1,2,† 闵成彧

(1 中国科学院大学 质料与光电研究中心) 

(2 中国科学院半导体研究所 集成光电子学国家重点实验室)

本文选自《物理》2020年第10期


摘要   可见光通讯作为新一代信息手艺,除了为移动通讯拓展频谱资源外,还具备高速、大容量、平安、节能的手艺特点。现有射频通讯的5G、6G手艺方案能耗很高,而照明、显示用的LED已经无处不在,以是可见光通讯未来可用于实现普适的万物光互连。商用照明的荧光型LED器件的带宽有限,通过平衡手艺已经把可见光通讯系统的3 dB带宽拓展到了600 MHz,单路二进制开关键控实时通讯速率达到了1.39 Gbps。若是接纳高阶调制和波分复用手艺,多色LED光源的非实时通讯总速率已经跨越15 Gbps。灯光上网、灯光定位和智能家居系统等创新应用证明了可见光通讯与照明或显示融合不是梦,预示看得见的光无线通讯将引起更大的手艺转变。

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关键词  无线通讯,可见光通讯,半导体照明,射频敏感,节能减排









 1   可见光通讯的原理及手艺靠山 


可见光通讯手艺(visible light communication,VLC),是行使发光二极管(light emitting diode,LED)等可见光光源发出肉眼难以分辨的高速明暗转变光信号来传输信息。如图1所示,以二进制开关键控(On-Off keying,OOK)信号传输为例,若是让光强“亮”代表数字通讯中的“1”,让光强“暗”代表数字通讯中的“0”,则可见光通讯系统的调制深度决议了灯光的“明”、“暗”状态转变的巨细。可见光通讯系统的通讯速率则影响灯光的“明”、“暗”状态转变的快慢。因为人眼有视觉残留,对于老式电感整流的日光灯的 50 Hz 工频闪灼都不大敏感,通常液晶显示器的刷新频率做到 75 Hz 就已经算高端了。对于可见光通讯系统来说,只要调制深度较浅、通讯速率较高,则通讯时人眼就感受不到这种光强的转变,然则电子设备却能检测到这些微弱的光强转变实现数字通讯,这就是可见光强度调制方式的通讯原理。灯泡、电视机背光源等LED器件能在不影响原有照明、显示功效的前提下实现无线通讯功效,这的确是一件令人兴奋的事情。于是,科研人员不停努力提高LED器件的通讯速率、系统的稳定性,民众则期待未来用一盏照明灯提供照明、通讯甚至无线供能等诸多服务。众所周知,为了实现高速通讯,通讯手艺从电通讯演进到了光通讯;为了实现移动通讯,通讯手艺从有线通讯演进到了无线通讯。可见光通讯作为一种无线光通讯手艺,它兼具了光通讯的高速以及无线通讯的天真这两大优点,加上“可见”带来的操控便捷性,使其成为了一项备受期待的无线通讯新手艺。《“十三五”国家科技创新计划》中把可见光通讯手艺列为了新一代信息手艺

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