研發(fā)高效超薄型LED對(duì)未來(lái)通訊技術(shù)的影響

趙小艷

【摘要】通訊技術(shù)的不斷創(chuàng)新，使得網(wǎng)絡(luò)通信行業(yè)實(shí)現(xiàn)了井噴式的發(fā)展。當(dāng)今社會(huì)，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷增長(zhǎng)，快捷方便的無(wú)線設(shè)備被廣泛應(yīng)用在人們的學(xué)習(xí)生活中，創(chuàng)造出巨大的現(xiàn)實(shí)價(jià)值。而可見(jiàn)光通迅技術(shù)的發(fā)展最大化提高通信設(shè)備的工作效率，能夠滿足不同層次用戶的各項(xiàng)需求，具備多樣化的功能與作用。本文對(duì)可見(jiàn)光通信技術(shù)與應(yīng)用將展開(kāi)進(jìn)一步的分析與探討。

【關(guān)鍵詞】LED 可見(jiàn)光 通訊技術(shù)

一、可見(jiàn)光通迅技術(shù)原理及研發(fā)應(yīng)用

1.可見(jiàn)光通迅技術(shù)的原理

可見(jiàn)光通信技術(shù)，是利用熒光燈或發(fā)光二極管等發(fā)出的肉眼看不到的高速明暗閃爍信號(hào)來(lái)傳輸信息的，將高速因特網(wǎng)的電線裝置連接在照明裝置上，插入電源插頭即可使用。可見(jiàn)光通信技術(shù)其原理是將需要傳輸?shù)男畔⒄{(diào)制到燈具的驅(qū)動(dòng)電流上，使LED燈具以極高的頻率閃爍。雖然人眼看不到這種閃爍，但是通過(guò)光電探測(cè)器可以檢測(cè)到這種高頻閃爍攜帶的通信信息。基于白光LED的可見(jiàn)光通信技術(shù)融合了光通信和無(wú)線通信二者的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)順應(yīng)了白光LED器件作為下一代綠色固體照明光源的發(fā)展趨勢(shì)，是一種高速靈活、綠色環(huán)保的新型通信技術(shù)，且因?yàn)橥ㄐ烹娐房梢院蚅ED燈具的驅(qū)動(dòng)電路完美集成，應(yīng)用前景巨大。因而具有廣泛的開(kāi)發(fā)價(jià)值。

2.可見(jiàn)光通迅技術(shù)的研發(fā)及應(yīng)用

與目前使用的無(wú)線局域網(wǎng)（無(wú)線LAN）相比，可見(jiàn)光通信系統(tǒng)可利用室內(nèi)照明設(shè)備代替無(wú)線LAN局域網(wǎng)基站發(fā)射信號(hào)，其通信速度可達(dá)每秒數(shù)十兆至數(shù)百兆，未來(lái)傳輸速度還可能超過(guò)光纖通信。利用專(zhuān)用的、能夠接發(fā)信號(hào)功能的電腦以及移動(dòng)信息終端，只要在室內(nèi)燈光照到的地方，就可以長(zhǎng)時(shí)間下載和上傳高清晰畫(huà)像和動(dòng)畫(huà)等數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)還具有安全性高的特點(diǎn)。用窗簾遮住光線，信息就不會(huì)外泄至室外，同時(shí)使用多臺(tái)電腦也不會(huì)影響通信速度。由于不使用無(wú)線電波通信，對(duì)電磁信號(hào)敏感的醫(yī)院等部門(mén)可以自由使用該系統(tǒng)。

無(wú)需WiFi信號(hào)，打開(kāi)LED燈就能上網(wǎng)。一種利用屋內(nèi)可見(jiàn)光傳輸網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的國(guó)際前沿通訊技術(shù)在實(shí)驗(yàn)室成功實(shí)現(xiàn)。研究人員將網(wǎng)絡(luò)信號(hào)接入一盞1W的LED燈珠，燈光下的4臺(tái)電腦即可上網(wǎng)，最高速率可達(dá)3.25G，平均上網(wǎng)速率達(dá)到150M，堪稱(chēng)世界最快的“燈光上網(wǎng)”，可見(jiàn)光通訊被稱(chēng)為L(zhǎng)ifi。

可見(jiàn)光通訊安全又經(jīng)濟(jì)。科研人員不僅在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中利用可見(jiàn)光傳輸網(wǎng)絡(luò)信號(hào)，并且實(shí)現(xiàn)能夠“一拖四”，即點(diǎn)亮一盞小燈，4臺(tái)電腦即可同時(shí)上網(wǎng)、互傳網(wǎng)絡(luò)信號(hào)。光和無(wú)線電波一樣，都屬于電磁波的一種，傳播網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的基本原理是一致的。

給普通的LED燈泡裝上微芯片，可以控制它每秒數(shù)百萬(wàn)次閃爍，亮了表示1，滅了代表0。由于頻率太快，人眼根本覺(jué)察不到，光敏傳感器卻可以接收到這些變化。二進(jìn)制的數(shù)據(jù)就被快速編碼成燈光信號(hào)并進(jìn)行了有效的傳輸。燈光下的電腦，通過(guò)一套特制的接收裝置傳輸信號(hào)。有燈光的地方，就有網(wǎng)絡(luò)信號(hào)。關(guān)掉燈，網(wǎng)絡(luò)全無(wú)。與現(xiàn)有WiFi相比，未來(lái)的可見(jiàn)光通訊安全又經(jīng)濟(jì)。WiFi依賴(lài)看不見(jiàn)的無(wú)線電波傳輸，設(shè)備功率越來(lái)越大，局部電磁輻射勢(shì)必增強(qiáng);無(wú)線信號(hào)穿墻而過(guò)，網(wǎng)絡(luò)信息不安全。這些安全隱患，在可見(jiàn)光通訊中“一掃而光”。而且，光譜比無(wú)線電頻譜大10000倍，意味著更大的帶寬和更高的速度，網(wǎng)絡(luò)設(shè)置又幾乎不需要任何新的基礎(chǔ)設(shè)施。

二、可見(jiàn)光通迅技術(shù)剖析

可見(jiàn)光通信技術(shù)因?yàn)槭枪獠ㄍㄐ牛瑹o(wú)電磁污染有利于人體健康;因?yàn)楣饩€的直線傳播，通信信號(hào)覆蓋范圍可見(jiàn)可控，私密性強(qiáng);因?yàn)榕c照明天然結(jié)合可以利用無(wú)處不在的照明網(wǎng)絡(luò)所以無(wú)須新建專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)、節(jié)能和環(huán)保;因?yàn)槭枪獠ㄍㄐ牛l帶資源理論上高達(dá)100THz，通信速率趕超WiFi且無(wú)需授權(quán)。總的來(lái)說(shuō)，可見(jiàn)光通信技術(shù)作為一種無(wú)線通信新技術(shù)，解決了無(wú)線通信技術(shù)發(fā)展面臨的兩大問(wèn)題。

一是無(wú)線通信的發(fā)展急需解決無(wú)線頻譜資源拓展的問(wèn)題。由于傳統(tǒng)無(wú)線通信發(fā)展迅速，且和廣播電視、藍(lán)牙等技術(shù)共用微波無(wú)線頻段，造成該頻段頻譜資源異常緊張，開(kāi)發(fā)利用新的無(wú)線頻段迫在眉睫。近年來(lái)陸續(xù)出現(xiàn)了毫米波通信和太赫茲通信等解決方案解決方案，而隨著白光LED器件的出現(xiàn)，利用頻率更高的可見(jiàn)光頻段進(jìn)行自由空間無(wú)線通信成為可能，不僅理論上可以達(dá)到更高的傳輸速率，同時(shí)避開(kāi)了緊張的無(wú)線授權(quán)波段。

二是無(wú)線通信的發(fā)展急需解決節(jié)能環(huán)保的問(wèn)題。LED器件是一種高效的固體光源，與當(dāng)前的熒光光源相比具有更低的功耗、更高的亮度和更小的尺寸。另一方面，LED發(fā)出的光譜窄，可以用作無(wú)線通信載波調(diào)制信號(hào)，因此同時(shí)具備綠色照明綠色照明和節(jié)能通信兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)。此外，處于可見(jiàn)光頻段的光波對(duì)人體無(wú)傷害，可以保證長(zhǎng)時(shí)間通信下對(duì)用戶的環(huán)保安全，屬于綠色節(jié)能環(huán)保通信。

三、可見(jiàn)光通迅技術(shù)發(fā)展方向

近年來(lái)，新加坡國(guó)立大學(xué)科學(xué)家研發(fā)出節(jié)能的超薄發(fā)光二極管LED，對(duì)下一代通訊技術(shù)而言，將電訊號(hào)（Electrical）完整地轉(zhuǎn)換成光訊號(hào)（Optical Signals）相當(dāng)重要，若欲傳輸大量訊息則需將節(jié)能、高速的LED整合在芯片上。

由于二維結(jié)構(gòu)的類(lèi)石墨烯只有碳原子厚度、具有明確發(fā)光性質(zhì)而且能夠放置于微芯片上，成為近年來(lái)相當(dāng)受歡迎的半導(dǎo)體材料。目前已有研究團(tuán)隊(duì)利用類(lèi)石墨烯材料制作出 LED，然而電轉(zhuǎn)光效應(yīng)僅有部分電流會(huì)轉(zhuǎn)換成光，大部分則轉(zhuǎn)換為熱能消散，要實(shí)現(xiàn) LED的高效率仍是一大挑戰(zhàn)。

研究顯示，幾奈米厚的絕緣層就可以抑制電流泄漏，不需要額外增加電阻。團(tuán)隊(duì)透過(guò)使用極薄的絕緣體，大幅減少觸發(fā)LED光所需的電流，比二維半導(dǎo)體LED減少10，000倍的電流。

四、總結(jié)

可見(jiàn)光通迅具有不占用頻譜資源、發(fā)射功率高、無(wú)處不在、無(wú)電磁干擾、節(jié)約能源等優(yōu)點(diǎn)，已成為通信領(lǐng)域新的增長(zhǎng)點(diǎn)，具有極大的發(fā)展前景。但要真正實(shí)現(xiàn)室內(nèi)超高速光無(wú)線數(shù)據(jù)通信，還要面對(duì)元器件的研制、調(diào)制解調(diào)和編解碼技術(shù)、無(wú)線信道傳輸和復(fù)用技術(shù)、通信體制和架構(gòu)的設(shè)計(jì)等相關(guān)技術(shù)進(jìn)一步研發(fā)實(shí)用。市場(chǎng)應(yīng)用需求是新技術(shù)發(fā)展的最有效的驅(qū)動(dòng)力，伴隨著市場(chǎng)需求的進(jìn)一步加大，可見(jiàn)光通迅技術(shù)的發(fā)展空間必定會(huì)越來(lái)越大！

參考文獻(xiàn)：

• 亓沂濱，陳津.基于led的光通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電子技術(shù)與軟件工程，2016（14）：51-52.