可見光通信技術，對于許多人來說都只是“久聞其聲”，沒有過真實的體驗。其國內外研發的現狀如何？技術方面有了哪些突破？以及它的主要應用前景又在哪里？

 

　　LED作為新一代的環保光源，具有節能、環保、壽命長、體積小、無毒無害等優點，被稱作為“綠色照明”。自2003年6月起，由科技部牽頭成立了“國家半導體照明工程協調領導小組”，拉開了國內LED照明產業的序幕。此后，國家相繼出臺了“LED照明節能產業發展意見”等政策，開展“十城萬盞”項目，推動國內LED照明的發展。目前，LED照明已在眾多領域普及應用，LED照明的市場規模甚至每年可達上千億，足見前景非常可觀。

 

　　據元秀華教授介紹，LED照明集成可見光通信(Visible Light Communication VLC)，是具有和LED照明同樣的市場規模。并且，由于LED照明集成可見光通信，“綠色照明+綠色通信”，有著節能環保、無電磁輻射、抗電磁干擾等特點，應用范圍更加寬廣。

 

　　有調研機構對LED照明市場進行預測，從2009年到2012年，LED照明增加了3倍之多，到2016年，LED照明將占整個照明市場的30%以上，以后將更加快速增長。

 

 

 

對移動通信需求的增長率

 

　　“哪里有照明，哪里就有網絡通信”。針對LED照明+VLC應用前景分析，元秀華教授指出，可見光通信是當前短距離通信技術的研究熱點，隨著半導體照明的普及，基于LED和光電探測器的VLC通信技術將在不久的將來得到廣泛的應用。

 

　　同時，他也指出了VLC技術需求頗為迫切。在人口非常密集的地區，例如大城市的中央商務區，要為區域內大量用戶提供良好的無線接入服務，即使是最新的蜂窩技術也面臨巨大的流量壓力。而VLC則可以在提高空間復用密度的同時降低小區間干擾，提供更高的流量密度。

 

　　在談到VLC(可見光通信)與RF(射頻)兩者的局限與優勢時，他表示，首先，可見光無法穿墻；其次，頻譜不受管制，不產生EMI；第三，通信距離較短，多徑傳播效應；最后，室外受太陽光影響，氣候、環境。從而得出結論：VLC和RF應互為補充技術，而不是其替代技術。

 

 

　　那么，VLC的應用前景又是怎樣？元秀華教授認為，無處不在的LED照明為VLC的應用提供了肥沃的土壤。其應用領域具體包括有，高速Li-Fi，室內定位，通信安全，汽車通信，特殊地點……

 

　　據元教授講解，Li-Fi與IEEE802.11定義的Wi-Fi在功能上是一致的，未來Li-Fi共同在異構網絡(Hetnets)中作為接入點(AP)，為用戶提供Internet高速接入。其中，Li-Fi能提升流量密度。Wi-Fi則能增加覆蓋范圍。

 

 

 

 

　　據悉，LED照明集成VLC涉及到的相關技術包括有：光學、光電子學、大氣光傳播理論、通信理論與技術、光機電一體化、精密機械。對其市場及產業化前景分析，預期可帶動的相關產業就有半導體照明、光電子器件(電子器件、光電探測器、各類光無源器件等)、光網絡技術行業、光機電技術行業、光學機密機械制造與加工等。

 

 

　　此外，元教授還介紹了LED照明與VLC技術發展現狀，在國外，美國、日本、南韓、歐洲等通信技術發達國家均投入大量人力物力研發VLC，2006年，2008年、2012年均有應用樣機展示。尤其是美國，將LED照明集成VLC技術，應用在軍事領域，僅2010年，投資5000萬美元以上研發。

 

　　歐洲市場推出的EIB(一種標準的總線控制系統)，采用對等控制方式，總線為4芯屏蔽雙絞線，采用24VDC供電與電信號復用。DALI協議為電源驅動和設備控制之間提供異步串行通信規則，同時采用半雙工傳輸、雙線差分驅動方式。美國市場推出的X-10協議是以電力線為連接介質對電子設備進行遠程控制的協議。系統由發送控制盒和多個接收控制組建組成，實現照明回路的遠程控制。

 

　　日本推出HBS協議作為家庭網絡協議，松下公司基于HBS的WR31202采用兩線制主從結構，通過手持控制器設置地址，提高了產品的易用性。FRANCISM等人提出了時段與照度檢測相結合的控制方法，充分利用自然光，系統通過照度檢測進行實時補光。

 

　　返觀國內，我國已出臺了“LED照明節能產業發展意見”等政策，開展“十城萬盞”項目，推動國內LED照明的發展。如今正在逐年增加對VLC的研發投入，近兩年僅科技項目經費超過2億，多省市已投入數千萬專項資金發展LED照明與VLC。華中科技大學、復旦大學、清華大學等均開始研發VLC技術，發表了學術論文，但工程技術及應用滯后于國外。其中，華中科技大學已解決VLC關鍵技術，已研發完成LED照明+VLC樣機，工程技術處于國內領先。

 

 

 

　　國外VLC在標準制定方面的情況是，IEEE、VLCC、三星、IrDA等機構都已經發布或正在制定自己的VLC標準，以2011年IEEE發布的802.15.7最具代表性。然而，OFDM在VLC中的成功運用要求制定新的、能被廣泛接受的標準。新標準應能與IEEE802.11的高層協議兼容。元教授為此判斷，VLC技術已處于應用推廣前夜。

 

　　目前國內外VLC的推廣商用情況，在LED廠商方面，刺激用戶對現有LED燈具升級換代，解決市場飽和問題。在移動通信廠商方面，具備VLC功能的設備將提供差異化競爭優勢。元教授認為，二者的合作，將推廣VLC技術從低速向高速演進。

 

 

　　談智能照明的含義

 

　　元教授對何謂智能照明作出如下的定義：無需人工干預，照明參數隨場景、環境等自動調控。例如，人體檢測控制，環境參量(溫度、濕度等)檢測與控制，時間控制，電參量(電流電壓等)檢測與控制，光參量(如環境照度等)檢測與控制。照明參數包括了照度、色溫、亮度、顏色、光照時間、開關受控、光照布局動態分配等等。

 

　　在整個照明場景中，考慮到的因素可以包含：照明、人體移動、時間等參數。對各個參數進行綜合分析后，給出合適的照明方案，并對照明回路進行精確地調整。

 

 

 

 

　　當中，光學設計是LED智能照明的關鍵技術之一，光學系統的功能是按預先設計要求，保障照明區域的光學參量合理分布。那些有特殊要求的環境，都需要進行專門的光學設計。

 

 

　　驅動技術，是實現照明智能化的核心——電子技術。在LED照明里驅動是關鍵，驅動方式有多種，典型的有線性驅動和非線性驅動。LED智能照明——程控驅動電路。程控方式包括有1、可預先設置參數；2根據場景檢測實時調控……

 

 

　　元教授以幾個應用場景實例來講解光源布局的問題。在大廳燈光分布上，酒店大廳主要擔任的功能有：迎賓接待、服務臺登記手續、休息區洽談等等，因此大廳的布置關系到客人對酒店的整體印象，在燈光布置方面要形成良好的氣氛，給人以舒適的視覺感受。

 

　　在休息室燈光分布上，休息室作為客人進入會場前休息的場所，所以在燈具布置方面，主要采用整體照明，但是在某些區域還應加強局部照明，以滿足讀寫的需要。休息室內同時設有彩色射燈，必要場合中營造效果。

 

　　在會議室燈光分布上，比如在酒店會議流程里，會議室雖然控制區域集中，照明回路較少，但是由于會議進行的時需要頻繁地進行模式切換，這些都應該通過智能化系統實現。

 

 

 

LED照明融合VLC產品基本流程

 

 

 

VLC技術與照明之研發流程

 

 

　　據了解，在VLC關鍵技術研究上，華中科技大學已完成了LED+VLC寬帶調制、上下行鏈路設計、光學收發、多入多出(MIMO)技術研發，4終端、1Gbps/100MbpsLED照明+VLC系統實驗樣機研發業已基本完成，技術研發處于國內領先，正研發工程樣機，已申請了國家發明專利2項。完成了酒店、會議室等環境的LED智能照明系統樣機研制。

 

　　元秀華教授認為，LED照明比傳統照明具有一系列優勢，市場前景巨大；VLC具有寬廣的市場，隨著技術改進，VLC將得到廣泛的應用；無線電、光纖通信不能應用的環境，必須依靠VLC。

 

　　另外，他更指出，LED照明+VLC市場規模巨大，率先研發VLC，將處于國內領先，率先占領市場。半導體照明是VLC的應用支撐平臺，VLC集成LED照明將形成巨大產業規模。LED照明集成VLC，是通信技術的發展方向，其產業前景不可限量。