用燈光上網(wǎng)

隨著信息化時代的來臨，通信正成為人類生活的基本需求之一。而在飛機(jī)飛行過程中，乘客無法正常地進(jìn)行手機(jī)和網(wǎng)絡(luò)通信。到目前為止，全球幾乎所有航空公司都禁止乘客在航班起飛后撥打手機(jī)、無線上網(wǎng)，因?yàn)槭謾C(jī)和無線終端發(fā)出的射頻信號會對飛機(jī)的導(dǎo)航和通訊系統(tǒng)造成干擾，從而影響正常飛行。

如果你去2010年上海世博會參觀航空館，可以在未來展示區(qū)看到飛機(jī)內(nèi)光學(xué)無線網(wǎng)展示：在飛行途中，旅客只需打開閱讀燈，用筆記本電腦對著燈光就可連上網(wǎng)絡(luò)，隨時收發(fā)郵件、查看網(wǎng)頁、收看喜歡的電視節(jié)目，因?yàn)闆]有射頻信號，不會對飛機(jī)通信帶來任何干擾。如果家里有這樣一套裝置，也可以實(shí)現(xiàn)光無線上網(wǎng)而不用擔(dān)心隔壁鄰居“借光”看到你上網(wǎng)的內(nèi)容。用LED光作為電腦與網(wǎng)絡(luò)連接的最后的幾米，這就是科學(xué)家研究的內(nèi)容。

智能照明

在照明領(lǐng)域，LED發(fā)光產(chǎn)品的應(yīng)用正吸引著世人的目光，LED作為一種新型的綠色光源產(chǎn)品，必然是未來發(fā)展的趨勢，21世紀(jì)將進(jìn)入以LED為代表的新型照明時代。LED作為照明光源，具有長壽命、低電壓、低功耗的特點(diǎn)，可以比普通照明燈節(jié)省60％以上的能耗，是未來照明的一種選擇，實(shí)現(xiàn)信息傳輸是其應(yīng)用的方向之一。

在辦公室內(nèi)，燈泡是必備的裝置。那么，能不能依靠燈光來傳遞數(shù)據(jù)呢?由美國政府投資1，85億美元，為期10年的“智能照明”倡議把無線通信能力嵌入未來的LED照明安裝之中。倡議采用可見光束實(shí)現(xiàn)無線電設(shè)備與基于LED的照明設(shè)備之間的通信。隨著白熾燈和日光燈被取代，基于LED的方案也可以被用于在LED的應(yīng)用日益增多的汽車之間進(jìn)行通信。整個目標(biāo)是把通信能力構(gòu)建在所有的LED照明之中，與此同時，減輕互聯(lián)網(wǎng)的擁擠程度。

目前，“智能照明”由接入控制器、照明LED燈和用戶適配器三部分組成。其中，接入控制器連接電信網(wǎng)絡(luò)，用戶適配器連接用戶計算機(jī)，接入控制器將電信網(wǎng)絡(luò)信號通過LED的燈光傳輸?shù)浇釉陔娔X上的用戶適配器；而電腦上的信息，再通過用戶適配器控制紅外光傳輸回網(wǎng)絡(luò)，達(dá)到雙向交互。作為系統(tǒng)的一個組成部分，研究人員需要的接收器是采用LED制成，方法就是采用同一只具有反偏置的LED，使得LED的一部分作為接收器，而另一部分作為發(fā)射器。

燈泡取代無線電

現(xiàn)有的無線網(wǎng)絡(luò)使用無線電波傳輸信號，讓我們擺脫了網(wǎng)線的束縛。但是無線電波會向四周傳播，輕則被人盜用上網(wǎng)，重則泄露個人隱私或商業(yè)機(jī)密，給我們帶來安全隱患。無線光網(wǎng)技術(shù)是提供室內(nèi)無線寬帶的一個極具吸引力的替代方案。它不僅能提供更高速的寬帶網(wǎng)絡(luò)接入，而且無法穿墻而過，讓我們在享受無線多媒體網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的同時，不必再擔(dān)心隔墻有“耳”了。

無線光局域網(wǎng)不是用無線電波，而是用經(jīng)過編碼的白色光束或紅外光束來傳送數(shù)據(jù)——電視機(jī)的遙控器就是用不可見的紅外光發(fā)送控制信號的。無線光網(wǎng)系統(tǒng)可以把無線數(shù)碼設(shè)備連接到房間內(nèi)的數(shù)據(jù)端口上，而端口則連在接入整棟住宅或大樓的高速寬帶網(wǎng)絡(luò)上。這種目前正在迅速發(fā)展的新技術(shù)擁有幾大優(yōu)勢：聚焦光束所覆蓋的通信區(qū)域(稱為單元，即基本服務(wù)區(qū)域)是不受干擾的，可以為多位用戶提供幾乎無限的帶寬；光波與無線電波不同，無法穿透墻壁，這就保證了通信幾乎百分之百的安全；光無線系統(tǒng)特別適合面積較大且有多位寬帶用戶近距離工作的辦公場所。傳送數(shù)據(jù)的是光波(或者說光子)，而不是波長較長的無線電波和微波?，F(xiàn)有的無線光網(wǎng)系統(tǒng)使用的是低強(qiáng)度的紅外線，這些“光”的波長略長于可見光，但遠(yuǎn)小于無線電波的波長。

要在整個辦公場所，或者機(jī)場餐廳之類的公共場所實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，這種發(fā)射端對準(zhǔn)接收端才能工作的系統(tǒng)就非常不切實(shí)際了。為了實(shí)現(xiàn)室內(nèi)信號的完全覆蓋，無線光網(wǎng)絡(luò)必須讓載有數(shù)據(jù)的光束散布于整個室內(nèi)空間。室內(nèi)的任何一處地方，包括墻壁、桌面、飲水機(jī)甚至人臉，都可以反射經(jīng)過編碼的紅外光束，讓紅外線遍布于室內(nèi)。這樣一來，不論接收設(shè)備指向哪個方向，都能接收到紅外光束。市面上的一些紅外網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品已經(jīng)使用了這種方法，不過，反射的紅外光束會產(chǎn)生某種與回聲相似的效果，使信號接收設(shè)備難以確定截獲的信號是否是真正準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，從而導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失，嚴(yán)重限制網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸速度。美國賓夕法尼亞州立大學(xué)的研究小組開發(fā)了一種新型無線光網(wǎng)系統(tǒng)，它使用一組鉛筆粗細(xì)的紅外光束來傳送數(shù)據(jù)。這個低強(qiáng)度紅外光束網(wǎng)可以覆蓋整個室內(nèi)空間，每一條光束都攜帶相同的信號。這套系統(tǒng)將接入室內(nèi)的上網(wǎng)端口與所有配備了紅外接收裝置的數(shù)碼設(shè)備連接起來。由于室內(nèi)到處都有攜帶著相同信號的編碼光束，用戶不管如何走動，都能與網(wǎng)絡(luò)保持聯(lián)系，一旦他與先前那條光束失去聯(lián)系，馬上又能同新的光束接頭。由于接收裝置同時接收多個完全相同的數(shù)據(jù)流，糾錯也變得相當(dāng)簡單：只要比較一下從幾條光束接收到的數(shù)據(jù)，便可確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。這種光束網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳送，傳輸速率可達(dá)每秒1兆，比DSL調(diào)制解調(diào)器快了上百倍，而傳輸出錯率則幾乎為零。

光橋傳數(shù)據(jù)

“可見光通信”系統(tǒng)，是利用熒光燈或發(fā)光二極管等發(fā)出的肉眼看不到的高速明暗閃爍信號來傳輸信息的，將高速因特網(wǎng)的電線裝置連接在照明裝置上，插入電源插頭即可使用。該系統(tǒng)能夠覆蓋室內(nèi)燈光達(dá)到的范圍，電腦不需要電線連接。與目前使用的無線局域網(wǎng)(無線LAN)相比，“可見光通信”系統(tǒng)可利用室內(nèi)照明設(shè)備代替無線LAN局域網(wǎng)基站發(fā)射信號，其通信速度可達(dá)每秒數(shù)十兆至數(shù)百兆，傳輸速度甚至超過了光纖通信。

只要在室內(nèi)燈光照到的地方，就可以長時間下載和上傳高清晰畫像和動畫等數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)還具有安全性高的特點(diǎn)，用窗簾遮住光線，信息就不會外泄至室外，同時使用多臺電腦也不會影響通信速度。由于不使用無線電波通信，對電磁信號敏感的醫(yī)院等部門可以自由使用該系統(tǒng)。目前室內(nèi)無線通信能滿足要求的最好選擇就是白光LED。白光LED在提供室內(nèi)照明的同時，被用作通信光源，有望實(shí)現(xiàn)室內(nèi)無線高速數(shù)據(jù)接入。

將LED照明燈組成可見光無線通信系統(tǒng)的研究工作，在日本首先開展，并得到日本政府的重視。日本大學(xué)在2000年提出了構(gòu)建利用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)。利用對LED燈的調(diào)制進(jìn)行信息和控制指令傳輸，LED燈以極快的頻率開關(guān)，燈光在閃爍時發(fā)出脈沖，實(shí)現(xiàn)信號傳送。這種高頻的閃爍是人眼無法察覺的，因此半導(dǎo)體照明信息網(wǎng)可以同時兼顧照明和信息發(fā)送兩個方面。日本政府將把這一技術(shù)作為下一代寬帶網(wǎng)普及，預(yù)計在未來5年內(nèi)實(shí)用化。

未來前景廣闊

未來半導(dǎo)體照明路燈采用LED聯(lián)網(wǎng)，汽車采用LED作為前燈和后燈；智能交通可以做到新的一個層面：商輛汽車前后燈亮起可以傳遞實(shí)時路況信息，路燈也可以通報路況。在高速鐵路上，當(dāng)時速超過300千米，無線信號會時有時無，如果在高鐵上用LED上網(wǎng)，就可以避免這種問題。

LED照明光無線通信在國外也還處在起步和摸索階段，但其應(yīng)用前景非?？春茫粌H可以用于室內(nèi)無線接入，還可以為城市車輛的移動導(dǎo)航及定位提供一種全新的方法。汽車照明燈基本都采用LED燈，可以組成汽車與交通控制中心、交通信號燈至汽車、汽車至汽車的通信鏈路，這也是LED可見光無線通信在智能交通系統(tǒng)的發(fā)展方向。飛機(jī)內(nèi)半導(dǎo)體照明信息網(wǎng)基于非射頻接八的特性，利用飛機(jī)內(nèi)部的LED閱讀燈作為網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)人們在飛機(jī)內(nèi)上網(wǎng)的夢想。目前，美國和韓國等發(fā)達(dá)國家都投入了人力和物力從事相關(guān)技術(shù)的研究與開發(fā)工作。美國成立了由波士頓大學(xué)、倫斯勒理工學(xué)院、新墨西哥大學(xué)組成的LED智能照明中心，已經(jīng)開發(fā)出基于LED燈的點(diǎn)到點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸演示系統(tǒng)。其他代表性研究機(jī)構(gòu)還有韓國的三星公司、英國的牛津大學(xué)、德國的西門子公司、法國電信等，他們也實(shí)現(xiàn)了基于白光LED點(diǎn)到點(diǎn)通信。

另外，人們利用手機(jī)或者計算機(jī)可以隨時隨地控制LED燈，燈光下的各種家用電器就能“各司其職”。下班回家前，主人可以利用網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制家里的LED燈指揮家電工作?；丶液螅魅丝梢韵硎芸照{(diào)調(diào)節(jié)好的適宜溫度，并在音樂中享用微波爐已經(jīng)提前做好的飯萊，主人的手機(jī)就是家里所有電器的集中無線遙控器。同時，世博展示區(qū)還描繪了一幅在燈光下網(wǎng)上沖浪的畫面。LED照明光無線通信能逐步取代現(xiàn)在單一功能的照明系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)接入系統(tǒng)，具有很好的經(jīng)濟(jì)和社會效益以及市場推廣前景。光學(xué)無線通信因?yàn)闆]有射頻污染，是典型的綠色健康通信。照明、智能通信、智能控制三者的有機(jī)融合，為我們提供更加節(jié)能、環(huán)保、方便和現(xiàn)代的城市生活方式，這與2010年上海世博會主題“城市，讓生活更美好”非常吻合。