用燈泡能上網，是真的嗎？新科技可見光通信技術

知識 10-27

　　在日常生活中，燈泡給了我們無處不在的照明。除了照明，如果有人告訴你燈泡還能通信，並且通信速率還很高，你信還是不信呢？

　　燈泡通信是一件很新奇的事，它得益於令人浮想聯翩的新科技——可見光通信技術。

　　上網搜搜「可見光通信技術」，你能看到各種報道，包括中國人在2010年上海世博會的展示、外國人在TED上的介紹、美國時代周刊的「LiFi」、中國中央電視台的「光怪路由」……

　　如果你關注可見光通信系統的速率指標，你還會發現科研團隊的成果不管是10Mbps、100Mbps、Gbps還是數十Gbps，都能標稱國際先進。

　　要想客觀評價這項無線通信新技術的研究進展，還得學習一些通信技術的基本知識。

　　作為一名從事可見光通信技術研究的一線科研人員，下面我以中國科學院半導體研究所的一項研究成果為案例，對可見光通信這項無線通信新技術進行簡單的科普。

　　在中國科學院官網上，對半導體研究所的一項可見光通信技術研究成果有如下描述：

　　基於1瓦熒光型白光LED[1]和PIN探測器[2]在OOK調製下單路[3]實時[4]傳輸平均速率[5]610Mbps，在傳輸距離6.2米時，平均誤碼率[6]為3.5e-5量級，遠低於前向糾錯的誤碼率上限要求3.8e-3。

　　網站還附上了如下圖所示的系統實物照片和安捷倫誤碼率測試儀[7]81250的測試結果。

　　下面我們針對上述這段話中的幾個關鍵詞逐一進行解讀。

　　「1瓦熒光型白光LED」

　　目前常用的半導體照明光源是熒光型白光LED，因為熒光不適宜做高速光通信，所以有人會用不含熒光的藍光LED，甚至使用三顆晶元的RGB三基色LED或者四顆晶元的RGBY四色LED，這樣能利用波分復用實現多晶元速率的累加。

四種半導體照明光源（點擊圖片可放大）

　　「PIN探測器」

　　半導體光探測器按照器件結構分最常用的是PIN探測器和APD探測器。其中，APD探測器帶雪崩放大功能，能實現微弱光信號的探測，能有效延長光通信系統通信距離，價格昂貴。PIN探測器雖然便宜，但是本身不帶信號放大功能，對最小信號光功率要求較高。

PIN探測器和APD探測器

　　「單路」

　　單路就是一個通道，多色光的波分復用或者多個LED的空分復用是多通道通信，多個通道的通信速率累加就是系統的通信速率。

單一通道傳輸和多通道傳輸

　　「實時」

　　實時是相對離線而言的，離線處理肯定是非實時通信，因為它只能發一個數據包，不能連續發送並處理數據包，而實時就是能連續傳輸並處理，如果要做個比喻的話，實時通信就好比自來水管放水，而離線處理則是拋扔瓶裝水。

實時通信和非實時通信就好比一個是自來水管放水，一個是拋扔瓶裝水

　　「平均速率」

　　所謂平均速率，就是通信系統持續工作一段時間（比如2個小時）平均每秒傳送了多少比特信息。而峰值最高速率就是某一瞬間的最高速率，可以比喻成「最輝煌的瞬間」。

平均速率和分值速率

　　「平均誤碼率」

　　誤碼率通常與系統的傳輸距離、傳輸速率成反比。原始誤碼率只要低於前向糾錯3.8E-3的要求就可以通過冗餘編碼來糾錯，改善誤碼率。而兩個通信系統性能比較，通常誤碼率、傳輸距離、傳輸速率三者要綜合考評，單比一個指標沒太大意義。

　　「誤碼率測試儀」

　　誤碼率測試儀是專用於誤碼率測試的儀器。如果沒有誤碼率測試儀，利用接收機的眼圖、星座圖等也可以初略估算誤碼率。

　　通過上面的介紹，相信大家已經明白了，我們日常生活中照明用的1瓦的熒光型LED燈，除了做照明用能節能省電外，做通信用也已經實現600Mbps以上的高速無線傳輸，並且還能繼續提速。

　　其實，如果不限定是做實時傳輸，採用高階調製技術做非實時傳輸，在實驗室里大功率的無熒光粉的LED已經能實現Gbps量級的峰值傳輸速率了。如果能研發相配套的高性能的數據處理晶元，則大功率LED進行Gbps量級的實時傳輸也有望實現，1顆四色LED甚至能有望通過波分復用實現10Gbps的傳輸。

　　看來，光通信比電通信快的基本常識，在無線通信領域也能很容易得到驗證了。

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