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光通信
2016/1/5 10:59

我国可见光通信系统关键技术获重大突破

大河网  

灯光,可以照亮黑暗、传递温暖。但你知道吗?它其实也能让你通达互联网,甚至拥有“GPS卫星”的功能……

近日,由信息工程大学牵头承担的国家863计划项目以及郑州市重大专项“可见光通信系统关键技术研究与应用”取得重大突破。一举将可见光实时通信速率提高至50Gbps,是当前公开报道的国际最高水平的5倍,相当于0.2秒即可下载完成一部高清电影。

只需一盏LED灯,就能实现高速上网,这一技术究竟如何实现?本次突破,是否意味“光互联”即将进入寻常百姓家呢?

【突破】

可见光实时通信速率提高至50Gbps是国际最高水平的5倍

“可见光通信技术,通俗地说,就是在有灯光的地方就可以实现通信、监控、定位。”信息工程大学可见光通信实验室常务副主任张剑教授介绍说,它的“秘密”在于LED灯灯泡,跟普通日光灯、白炽灯不同,LED灯可快速明灭,闪动频率极高,从而能承担发送信息任务。

通过LED台灯,能高速上网

通过LED台灯,能高速上网

近年来,无线通信业务与应用的海量需求,促使射频识别、蓝牙、超宽带WiFi等新的无线通信技术层出不穷,加剧了无线电频谱资源的供求矛盾。而作为一种全新的无线通信技术,可见光通信在世界范围内颇受重视。

可见光通信高速传输原型机

可见光通信高速传输原型机

2011年年初,在我国信息领域著名专家、中国工程院院士邬江兴的推动下,信息工程大学可见光通信实验室正式挂牌成立,并开始承担国家863计划“可见光通信系统关键技术研究”项目。

左图:矿工头盔上安装的装置 右图:矿井中,矿工只要经过LED灯下就会被定位

左图:矿工头盔上安装的装置 右图:矿井中,矿工只要经过LED灯下就会被定位

几年来,实验室在基础研究领域达到国际领先水平——

2014年11月,实验室研发的煤矿井下可见光通信与定位系统,在平顶山平煤神马集团的巷道安装测试成功,这是可见光通信技术第一次进入煤矿井下的应用示范。如今,项目研究再次取得重大突破,将可见光实时通信速率提高至50Gbps,是当前公开报道的国际最高水平的5倍,相关成果已经通过国家工业与信息化部电信传输研究所测试认证。

【价值】

无线通信“光互联”一个崭新的资源被激活

在张剑看来,可见光通信蕴含巨大通信容量,激活了一个崭新的频谱资源,这是该技术最大的价值所在。“根据推算,网络数据量会超越现有无线频率资源承受能力,而可见光频段介于400THz-800THz之间,是在用无线电频谱的近1万倍,蕴含着巨大通信容量,且无需授权。”

据实验室主任于宏毅教授介绍,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。“可以设想一下,未来如果实现大规模可见光通信的话,每盏灯都可以当做一个高速网络热点。人们在路灯下就能下载电影,在飞机、高铁上借助LED光源就能实现高速上网……”实验室汪涛博士在受访时说。

此外,可见光通信频段避开了常用无线电频段,不存在与现有电子设备相互间的电磁干扰问题,与现有电子设备兼容性良好,在航空、医疗和矿井等对射频电磁辐射敏感及有严格限制的领域,可见光通信的无电磁辐射特性则可使其大显身手。

【优势】

绿色安全无辐射

对于习惯了光纤上网、无线WIFI的大众来说,可见光通信似乎还是个新生事物。两者相比,可见光通信究竟会有哪些优势?

“可见光通信技术的应用范围,是超出想象的。”张剑说,无论是在飞机上,还是在矿井下,只要有灯光便可以进行通信;每盏路灯都可成为一个路由器;汽车通过头灯和尾灯,彼此之间交换信息……

首先,跟传统无线电通信相比,可见光通信的调制带宽、安全性和私密性极高,无电磁干扰和辐射,也无需频段许可授权,借助LED灯就可低成本实现高宽带高速率无线通信,是典型的绿色通信技术。

同时,由于可见光具有定向辐射、快速衰减的特点,可以将其覆盖范围控制在有限范围内,从而大大降低了无线信号泄露的概率,通信安全性可以得到保证,从房间外进行信号窃取和干扰非常困难。

“基于上述优势,这一技术可广泛用于导航定位、安全通信与支付、智能交通管控、超市导购、隐式广告等新兴领域。”张剑说。昨天,记者在信息工程大学看到,该技术应用于导航定位、影视广告等领域的研发产品已经开发完成。

【规划】

郑州金水区10万户居民今年有望用台灯上网学习、娱乐

那么,可见光通信技术究竟啥时候能进入寻常百姓家呢?

据实验室朱义君副教授介绍,我省高度重视可见光通信技术研究,基于该技术的环保特点,今年郑州市政府计划投资2000万元,重点在金水区打造一个应用示范项目。建立绿色智慧信息网络,覆盖金水区大约10万户居民。“让可见光通信技术真正进入居民家中,让家长、孩子在LED台灯下就能上网学习、娱乐。”

另外,可见光通信模块将来有望设置到手机内,让手机能随时随地联系可见光网络

【释疑】

可见光通信不仅仅是“Li-Fi”

据了解,1998年香港大学首先提出室外可见光通信概念,并于1999年实现了首个可见光通信系统。此后,日本、美国等国政府及研究机构开始出重金研发。2011年,爱丁堡大学哈斯教授提出Li-Fi概念,让可见光通信以一种全新理念进入全世界视野……

“而自打该理念提出之后,不少人总把可见光通信简单地理解为‘Li-Fi’。”张剑告诉笔者。

据了解,“Li-Fi”是“可见光无线通信”的英文缩写,是利用快速的光脉冲无线传输信息。它是运用已铺设好的设备(无处不在的LED灯),通过在灯泡上植入一个微小的芯片形成类似于AP(WiFi热点)的设备,使终端随时能接入网络。该技术通过改变房间照明光线的闪烁频率进行数据传输,只要在室内开启电灯,无需WiFi也便可接入互联网。

“‘Li-Fi’是基于可见光通信技术的无线应用,不能等同于可见光通信。现在有很多人将两者简单地画等号,这是不太准确的。”张剑说,可见光通信技术使几乎无处不在的照明设备摇身一变,具备了“无线路由器”、“通信基站”、“网络接入点”甚至“GPS卫星”的功能。

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