制作：李賀
監(jiān)制：中國科學院計算機網(wǎng)絡信息中心
隨著智能設備的普及，網(wǎng)絡逐漸成為人們生活的一部分。我們通過網(wǎng)絡了解新聞，查閱資料，觀看電影等等。在網(wǎng)絡為我們的生活帶來極大便利的同時，我們也時常被諸如網(wǎng)絡信號不好，上網(wǎng)速度慢，找不到WIFI熱點等問題所困擾?？梢姽馔ㄐ偶夹g的出現(xiàn)將有可能使上述問題得到解決。
2011年，德國物理學家哈拉爾德 哈斯教授在英國愛丁堡大學TED全球公開課上，向科技迷們展現(xiàn)了一個神奇的發(fā)明：他身旁放了一個LED臺燈，臺燈下30厘米左右處有一個小小的設備，當他把燈打開，燈光照向這個設備時，他身后的大顯示屏上播放起花朵盛開的視頻。此時或許你并沒有意識到有多么神奇。而當哈斯教授將手擋在臺燈與接收器之間時，身后正在播放的視頻戛然停止；當他把手拿開時，視頻又開始播放起來。這個時候，在場的所有人都起立鼓掌。這就是可見光通信。
可見光通信(Visible Light Communications，VLC)技術是近十年來迅速發(fā)展的一種新型無線通信方式，通過在公共基礎照明設施上增加數(shù)據(jù)傳輸輔助功能，將通信與室內照明光源相結合，就可構建室內可見光無線通信網(wǎng)絡，實現(xiàn)信息從服務器到達客戶端的無線傳輸。由于可見光與日常生活息息相關，辦公室、家庭以及公共場合中許多設備均含可見光光源，例如，辦公室的電燈、道路上的信號燈、廣場上的顯示屏等等，所以室內可見光通信技術可以滿足用戶對移動通信網(wǎng)絡覆蓋范圍廣、鏈路質量高的要求，為室內用戶提供隨時隨地的便捷數(shù)據(jù)服務。同時，室內可見光通信技術使用可見光這種特殊的傳輸介質，可以保證移動通信網(wǎng)絡的安全性，包括網(wǎng)絡數(shù)據(jù)安全與用戶健康安全，使得用戶信息的私密性得到保障，不能被其他用戶惡意截獲，而且使用者即使長時間處于移動通信網(wǎng)絡中，也不會對自身健康造成影響。
隨著照明光源制造工藝的發(fā)展，將通信功能與照明功能相結合的可見光通信技術越來越受到研究人員的重視?？梢姽馔ㄐ偶夹g可以應用在很多場合，如基于照明光源的家庭無線網(wǎng)絡，基于基礎照明設施的辦公場所內高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，基于車燈的車與車之間數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)等等。
典型的室內可見光通信系統(tǒng)主要包括信道編碼器/譯碼器、數(shù)字調制器/解調器、驅動電路、調理電路、可見光光源和光敏元件?？梢姽夤庠春凸饷粼鞘覂瓤梢姽馔ㄐ畔到y(tǒng)的基本器件，其中可見光光源結合驅動電路可以將電信號轉換成光信號，實現(xiàn)基本照明功能，并發(fā)射出攜帶調制信息的可見光；光敏元件則捕捉可見光信號，將其轉換成能被后級調理電路處理的光電流。數(shù)字調制器/解調器則是可見光通信系統(tǒng)中完成通信功能的關鍵部分，其中調制器實現(xiàn)對可見光光源所發(fā)出光的某種特性(例如光照強度)進行控制，將原始信息通過光信號進行傳輸。解調器則實現(xiàn)從接收的信號中恢復出所攜帶信息的功能。信道編碼器/譯碼器是室內可見光通信系統(tǒng)鏈路可靠性和有效性的保障，用來糾正信道傳輸過程中出現(xiàn)的隨機錯誤和突發(fā)錯誤，實現(xiàn)信息的正確傳輸。
在發(fā)射端，信號輸入到信道編碼器以后，按照碼元映射規(guī)則編碼，編碼后得到的信號序列由數(shù)字調制器進行調制，輸出連續(xù)的調制波形，經驅動電路后直接驅動可見光光源發(fā)光。在接收端，光敏元件將接收的光信號轉換成與入射能量成比例的光電流，該光電流經過調理電路調理成適合數(shù)字解調器電路的信號輸入到數(shù)字解調器中，經過數(shù)字解調器解調和信道譯碼器譯碼，最終恢復出信息。
作為一項新興的技術，我們國家也越來越重視可見光通信的發(fā)展，2012年 3 月 29 日在國家科技部網(wǎng)站上公布的《“十二五”國家科技計劃信息領域2013 年度備選項目征集指南》中，已經將“可見光通信(VLC)系統(tǒng)關鍵技術研究”列為“網(wǎng)絡與通信”類別下的單獨課題，旨在開發(fā)可見光(波長 380nm-780nm)新頻譜資源，研究可見光通信系統(tǒng)在復雜信道條件下非相干光散射畸變檢測技術、調制編碼、光電多維復用與分集、最佳捕獲檢測等關鍵技術，建立實驗系統(tǒng)，傳輸速率大于 480Mbps，開展標準研究。2013年10月，復旦大學計算機科學技術學院的研究人員將這種利用屋內可見光傳輸網(wǎng)絡信號的國際前沿通訊技術在實驗室成功實現(xiàn)。他們將網(wǎng)絡信號接入一盞1W的LED燈珠，燈光下的4臺電腦即可上網(wǎng)，最高速率可達3.25G，平均上網(wǎng)速率達到150M。
當然，作為一種尚在實驗室的全新網(wǎng)絡技術和產品，可見光通信技術還存在一些待解決的問題。例如暫時還沒有專用的可見光通信芯片組，發(fā)射和接收系統(tǒng)非常龐大，接收器被物體阻擋時信號會被切斷等等。盡管如此，可見光通信作為一種與WIFI相互補充的技術還是有著廣闊的發(fā)展前景的。相信在科研人員的努力下，可見光通信技術會日趨完善，并為我們的生活提供更大的便利。