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LED可見光通信系統(tǒng)

該系統(tǒng)由發(fā)射和接收兩個(gè)部分構(gòu)成，每個(gè)部分又包含相應(yīng)的電學(xué)與光學(xué)元件。發(fā)射部分的電學(xué)元件包括LED驅(qū)動(dòng)電路和負(fù)責(zé)編碼、調(diào)制、預(yù)均衡的電信號(hào)處理系統(tǒng)，光學(xué)元件包括LED芯片和發(fā)射光學(xué)天線：接收部分的光學(xué)元件包括接收光學(xué)天線和探測(cè)器芯片，電學(xué)元件則包括負(fù)責(zé)解碼、解調(diào)、后均衡的接收信號(hào)處理系統(tǒng)。

（圖片來源：復(fù)旦大學(xué)教授遲楠）

LEDN見光通信首先在日本開展。早在2000年，日本研究者就提出利用LED照明燈作為通信基站進(jìn)行信息無線傳輸?shù)氖覂?nèi)通信系統(tǒng)。

作為可見光通信技術(shù)的一支，“Li-Fi”這個(gè)稱呼是由英國(guó)愛丁堡大學(xué)的教授哈羅德·哈斯（Harald Haas）在2011年全球科技娛樂設(shè)計(jì)大會(huì)（TED Global）上首次使用的。2013年10月，由哈斯擔(dān)任首席科學(xué)官的pureVLC公司以5000英鎊的價(jià)格向一家美國(guó)醫(yī)療衛(wèi)生供應(yīng)商出售了第一臺(tái)Li-Fi設(shè)備，Li-Fi邁向產(chǎn)業(yè)化。

我國(guó)科研人員自然也不甘落后，復(fù)旦大學(xué)的研究人員成功利用可見光傳輸網(wǎng)絡(luò)信號(hào)：他們通過微芯片控制LED燈泡的明滅變化，將二進(jìn)制數(shù)據(jù)編碼成光信號(hào)：燈亮表示1，燈滅表示0。這些信息能被接收器捕獲并解調(diào)出來，而人眼卻不會(huì)察覺到LED燈的變化——因?yàn)樗鼈冮W爍得實(shí)在太快了。研究人員將網(wǎng)絡(luò)信號(hào)接入一盞功率為1W的LED燈，與接收器相連的4臺(tái)電腦就都能夠上網(wǎng)。

復(fù)旦大學(xué)自主開發(fā)了高階調(diào)制和信道均衡算法，可見光通信的離線速率可達(dá)到3.75Gbps。他們搭建了10套樣機(jī)，實(shí)時(shí)物理層速率可以達(dá)到150Mbps。就傳輸速率而言，中國(guó)并沒有落后于世界的腳步。

然而，在LED芯片和基于多輸入多輸出模型（Multi-input Multi-output，MIMO）的可見光通信系統(tǒng)方面，我國(guó)與國(guó)際前沿仍存在一定差距。當(dāng)前，復(fù)旦大學(xué)開發(fā)的系統(tǒng)中采用的都是市場(chǎng)上常見的照明用LED芯片，通信的性能受到一定的制約。在材料生產(chǎn)、器件工藝和新結(jié)構(gòu)封裝芯片等方面的研究也比較缺乏。另外，國(guó)外已有基于MIMO和探測(cè)器陣列的可見光通信實(shí)驗(yàn)，基于集成收發(fā)芯片的MIMO可見光通信系統(tǒng)是國(guó)內(nèi)相對(duì)薄弱的環(huán)節(jié)。接下來，復(fù)旦大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)將花更多的精力解決距離功率、覆蓋范圍等問題，并致力于現(xiàn)有系統(tǒng)的芯片化小型化工作。

和早已普及的Wi-Fi相比，Li-Fi具有明顯的優(yōu)勢(shì)：Li-Fi調(diào)制在可見光譜上，是Wi-Fi載頻的萬倍以上，這意味著更大的帶寬和更高的速率：Li-Fi具有可遮擋性，具有一定的安全價(jià)值。另外，Li-Fi的設(shè)置幾乎不需要額外建立基礎(chǔ)設(shè)施。因此，歐洲、美國(guó)和日本都有研究組織在開展可見光通信的科研，競(jìng)爭(zhēng)激烈，最高傳輸速率幾乎每個(gè)月都刷新。

可見光通信也有突出的劣勢(shì)，包括遮擋性，不能繞射，無法穿墻而過，上行傳輸也需要一個(gè)LED燈等，所以不能代替Wi-Fi技術(shù)。因此更多的是作為一種補(bǔ)充，能夠在一些特定的場(chǎng)所發(fā)揮比Wi-Fi更好的效率。

可見光通信尚未解決的問題還很多，需要謹(jǐn)慎樂觀，既要認(rèn)識(shí)到Li-Fi的優(yōu)點(diǎn)，也要充分認(rèn)識(shí)到Li-Fi的不足?？梢灶A(yù)見的是，Li-Fi技術(shù)的推廣將與Wi-Fi形成很好的配合，為人們提供各種便利。也許不久之后，在沒有Wi-Fi的地方，只要開個(gè)燈，也照樣可以上網(wǎng)啦。

（責(zé)任編輯/趙佳）