用灯泡能上网，是真的吗？新科技可见光通信技术

yzlkr

在日常生活中，灯泡给了我们无处不在的照明。除了照明，如果有人告诉你灯泡还能通信，并且通信速率还很高，你信还是不信呢？
　　灯泡通信是一件很新奇的事，它得益于令人浮想联翩的新科技——可见光通信技术。
　上网搜搜“可见光通信技术”，你能看到各种报道，包括中国人在2010年上海世博会的展示、外国人在TED上的介绍、美国时代周刊的“LiFi”、中国中央电视台的“光怪路由”……
　　如果你关注可见光通信系统的速率指标，你还会发现科研团队的成果不管是10Mbps、100Mbps、Gbps还是数十Gbps，都能标称国际先进。
　　要想客观评价这项无线通信新技术的研究进展，还得学习一些通信技术的基本知识。
　　作为一名从事可见光通信技术研究的一线科研人员，下面我以中国科学院半导体研究所的一项研究成果为案例，对可见光通信这项无线通信新技术进行简单的科普。
　　在中国科学院官网上，对半导体研究所的一项可见光通信技术研究成果有如下描述：
　　基于1瓦荧光型白光LED[1]和PIN探测器[2]在OOK调制下单路[3]实时[4]传输平均速率[5]610Mbps，在传输距离6.2米时，平均误码率[6]为3.5e-5量级，远低于前向纠错的误码率上限要求3.8e-3。
　　网站还附上了如下图所示的系统实物照片和安捷伦误码率测试仪[7]81250的测试结果。
　下面我们针对上述这段话中的几个关键词逐一进行解读。
　　“1瓦荧光型白光LED”
　　目前常用的半导体照明光源是荧光型白光LED，因为荧光不适宜做高速光通信，所以有人会用不含荧光的蓝光LED，甚至使用三颗芯片的RGB三基色LED或者四颗芯片的RGBY四色LED，这样能利用波分复用实现多芯片速率的累加。

　　“PIN探测器”
　　半导体光探测器按照器件结构分最常用的是PIN探测器和APD探测器。其中，APD探测器带雪崩放大功能，能实现微弱光信号的探测，能有效延长光通信系统通信距离，价格昂贵。PIN探测器虽然便宜，但是本身不带信号放大功能，对最小信号光功率要求较高。

　　“单路”
　　单路就是一个通道，多色光的波分复用或者多个LED的空分复用是多通道通信，多个通道的通信速率累加就是系统的通信速率。

　　“实时”
　　实时是相对离线而言的，离线处理肯定是非实时通信，因为它只能发一个数据包，不能连续发送并处理数据包，而实时就是能连续传输并处理，如果要做个比喻的话，实时通信就好比自来水管放水，而离线处理则是抛扔瓶装水。

　　“平均速率”
　　所谓平均速率，就是通信系统持续工作一段时间（比如2个小时）平均每秒传送了多少比特信息。而峰值最高速率就是某一瞬间的最高速率，可以比喻成“最辉煌的瞬间”。

　　“平均误码率”
　　误码率通常与系统的传输距离、传输速率成反比。原始误码率只要低于前向纠错3.8E-3的要求就可以通过冗余编码来纠错，改善误码率。而两个通信系统性能比较，通常误码率、传输距离、传输速率三者要综合考评，单比一个指标没太大意义。

　　“误码率测试仪”
　　误码率测试仪是专用于误码率测试的仪器。如果没有误码率测试仪，利用接收机的眼图、星座图等也可以初略估算误码率。

　　通过上面的介绍，相信大家已经明白了，我们日常生活中照明用的1瓦的荧光型LED灯，除了做照明用能节能省电外，做通信用也已经实现600Mbps以上的高速无线传输，并且还能继续提速。
　　其实，如果不限定是做实时传输，采用高阶调制技术做非实时传输，在实验室里大功率的无荧光粉的LED已经能实现Gbps量级的峰值传输速率了。如果能研发相配套的高性能的数据处理芯片，则大功率LED进行Gbps量级的实时传输也有望实现，1颗四色LED甚至能有望通过波分复用实现10Gbps的传输。
　　看来，光通信比电通信快的基本常识，在无线通信领域也能很容易得到验证了。（文章来源：科学大院微信公众号

屈联西

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