（一）“有燈的地方就能通信”是怎么做到的？

無線通信業(yè)務(wù)與應(yīng)用的海量需求促使射頻識別、藍(lán)牙、超寬帶、WiFi等無線通信技術(shù)層出不窮，這同時也加劇了無線電頻譜資源的供求矛盾。

為尋求新的頻譜資源和信息傳輸媒介，科學(xué)家把目光轉(zhuǎn)向了可見光。光和無線電波一樣，都屬于電磁波的一種，因此二者傳播網(wǎng)絡(luò)信號的基本原理是一致的。

所謂可見光通信，就是利用熒光燈或發(fā)光二極管發(fā)出的高速明暗變化光信號來傳輸信息，目前主要使用的是LED燈通信。

圖：發(fā)光二極管

與無線電通信相比，可見光通信開拓了新的頻譜資源，而且傳輸速率、安全性和私密性極高，沒有電磁干擾和輻射，也無需頻段許可授權(quán)。并且，由于可見光通信憑借的是LED照明設(shè)備，因此只要燈光能照到的地方，就可以進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

可見光通信技術(shù)使幾乎無處不在的照明設(shè)備搖身一變，具備了“無線路由器”、“通信基站”、“網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)”甚至“GPS衛(wèi)星”的功能。那么，這究竟是怎么實(shí)現(xiàn)的呢？

簡單來說，其實(shí)就是給普通的LED燈泡裝上能通信的“調(diào)制電路”，從而控制它每秒數(shù)百萬次閃爍，然后可以用明表示1，用暗代表0。這個閃爍速度如此之快，人眼根本覺察不到，不過通信用的光探測器卻可以接收到。就這樣，二進(jìn)制的數(shù)據(jù)被快速編碼成明暗變化的燈光信號并進(jìn)行了有效的傳輸。

而燈光下的電腦等上網(wǎng)終端，則需要借助一套特制的接收裝置，讀懂燈光里的“莫爾斯密碼”。

（二）既高速又便攜，兼具光通信和無線通信優(yōu)點(diǎn)

可見光通信和傳統(tǒng)的射頻無線通信相比，有許多不一樣的優(yōu)點(diǎn)，它比射頻WiFi更加符合無線通信技術(shù)“高速、大容量、安全放心”的發(fā)展要求。

圖：可見光通信的三大優(yōu)點(diǎn)

1.單點(diǎn)高速率

與基于射頻信號的無線電通信技術(shù)相比，基于可見光的無線光通信技術(shù)的速率優(yōu)勢已經(jīng)初步顯示。

2015年，復(fù)旦大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)利用紅綠藍(lán)黃四色LED，通過波分復(fù)用技術(shù)加DMT技術(shù)創(chuàng)造了可見光通信的非實(shí)時傳輸峰值總速率8Gbps。2015年，中國科學(xué)院半導(dǎo)體所團(tuán)隊(duì)利用熒光型LED，通過帶寬拓展技術(shù)創(chuàng)造了可見光通信的實(shí)時單路傳輸速率610Mbps。

2.系統(tǒng)大容量

為了實(shí)現(xiàn)寬帶大容量的無線通信，無線基站的發(fā)展方向是不斷提高蜂窩小區(qū)的復(fù)用度。

因?yàn)楣獾目臻g復(fù)用性比電的空間復(fù)用性要好，能建立比射頻無線更小的光無線小區(qū)，故可以在給單用戶提供高速實(shí)時通信的同時，通過眾多非常小的無線光通信小區(qū)組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)無線光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的超大容量。

舉例來說，如果一節(jié)地鐵車廂裝200個小燈珠，每顆燈珠設(shè)定100Mbps的通信速率，那么就可以構(gòu)建一個無線通信容量20 Gbps的局域網(wǎng)。

3.通信安全

可見光通信的信號可見易控，靠透鏡和燈罩就可以靈活控制信號覆蓋區(qū)域，有效防止信息泄露。同時，可見光通信能通過肉眼直接觀察信號覆蓋區(qū)域，不再擔(dān)心“第三只耳朵”，能給通信用戶帶來前所未有的心理安全感。

（三）讓照明LED實(shí)現(xiàn)高速通信，其實(shí)并不容易

光纖通信系統(tǒng)中的LED 光源功率一般為毫瓦量級，PN結(jié)（一塊半導(dǎo)體晶體一側(cè)摻雜成P型半導(dǎo)體，另一側(cè)摻雜成N型半導(dǎo)體，二者相連的接觸面則稱為PN結(jié)）的結(jié)面積小，對應(yīng)的結(jié)電容也小，比較容易實(shí)現(xiàn)高速調(diào)制。

可見光通信系統(tǒng)如果采用照明用的大功率發(fā)光二極管，單顆LED的功率最大可以做到1瓦到幾瓦，PN結(jié)面積大，比較難實(shí)現(xiàn)高速調(diào)制。

以單顆功率1瓦的GaN（氮化鎵，第三代半導(dǎo)體材料）材料的LED為例，其芯片面積大概1平方毫米，表征藍(lán)光通信速率的3dB帶寬大概是12MHz，涂覆黃色熒光粉后，因?yàn)闊晒夥鄣挠鄷熜��?yīng)，白光中黃光的3dB帶寬大概是3MHz。

所以，不通過特殊處理，照明最常用的大功率熒光型LED就無法實(shí)現(xiàn)高速的可見光通信。

圖：熒光型LED的光譜及帶寬

拿汽車運(yùn)輸貨物來舉例，要想提高貨物運(yùn)輸量，既可以通過拓寬馬路寬度，也可以通過增加汽車上貨物層疊的高度來實(shí)現(xiàn)。同樣，對于通信系統(tǒng)來說，要想提高通信速率，既可以通過拓展系統(tǒng)帶寬，也可以通過提高頻帶利用率來實(shí)現(xiàn)。