灯泡能上网,你信吗?

2016-10-27 10:21:36  来源:每日科技网

        【每日科技网】

   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。

四种半导体照明光源(点击图片可放大)

四种半导体照明光源(点击图片可放大)  “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。

PIN探测器和APD探测器

PIN探测器和APD探测器  “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。

单一通道传输和多通道传输

单一通道传输和多通道传输  “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。

实时<a href=http://www.newskj.org/news/txit target=_blank class=infotextkey>通信</a>和非实时<a href=http://www.newskj.org/news/txit target=_blank class=infotextkey>通信</a>就好比一个是自来水管放水,一个是抛扔瓶装水

实时通信和非实时通信就好比一个是自来水管放水,一个是抛扔瓶装水  “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。而峰值速率就是某一瞬间的速率,可以比喻成“最辉煌的瞬间”。

平均速率和分值速率

平均速率和分值速率  “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。

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