光是一种电磁波。人眼能看到的光叫可见光。可见光的波长范围很窄。这个范围是三百八十纳米到七百八十纳米。不同波长的光呈现不同的颜色。紫光波长最短。红光波长最长。可见光通信是一种技术。这种技术用可见光传输信息。发光二极管是常见的光源。发光二极管可以快速开关。快速开关表示数字信号。数字信号可以编码信息。信息可以是声音、文字、视频。可见光通信又被称为“光保真”。这个称呼来自无线保真技术。

可见光通信的想法很古老。电话发明之前有人用光传信号。烽火台是古代的光通信。近代有了电报和电话。光通信的研究变少了。无线电波成为主流。无线电波有优点。无线电波传播距离远。无线电波能穿过墙壁。但无线电波也有问题。频谱资源越来越紧张。无线设备数量爆炸增长。无线电波可能对人体有害。可见光通信重新受到关注。可见光频谱非常宽。可见光频谱是无线电频谱的一万倍。可见光不会干扰无线电设备。可见光对人类眼睛安全。有光的地方就能通信。

可见光通信系统需要几个部分。发射部分最重要。发射部分主要是光源。白光发光二极管最常用。白光发光二极管节能耐用。调制电路控制发光二极管。信号让发光二极管明暗变化。变化速度极快。人眼感觉不到闪烁。接收部分负责检测光信号。光电探测器是核心器件。光电二极管将光信号变成电信号。电信号经过放大和解调。信息被还原出来。信号处理部分也很关键。信号处理部分负责编码解码。纠错技术减少传输错误。多输入多输出技术提高速率。

可见光通信有自己的优点。可见光通信非常安全。光无法穿过不透明墙壁。信息被限制在房间内。窃听需要进入光覆盖区域。可见光通信没有电磁辐射。飞机医院可以使用。可见光通信能提供照明和通信。一盏灯同时做两件事。基础设施成本较低。很多地方已经安装灯具。可见光通信定位精度高。光线方向性强。室内导航可以很准确。

可见光通信面临一些挑战。光的直线传播是主要问题。光容易被物体阻挡。接收器需要放在光线直射的地方。信号容易中断。研究人员想出一些办法。使用多个光源布置。光源从不同角度发射。房间里总有光能到达接收器。反射光也能利用。墙壁天花板可以反射光。反射光信号较弱。信号处理技术可以补偿。背景光是另一个干扰。太阳光、其他灯光是噪声。滤波器可以滤除一部分噪声。选择调制方式也很重要。开关调制简单可靠。高级调制方式速率更高。但高级调制方式需要复杂电路。速率和成本的平衡需要思考。

可见光通信的应用场景很多。室内宽带接入是重要方向。家庭办公室学校都能使用。灯作为接入点。电脑手机通过光联网。水下通信是特殊领域。无线电波在水下衰减很快。声波水下传播速度慢。光在水中有一定穿透能力。蓝绿光波段水下传播较好。潜艇和水下探测器可以使用。交通领域也有应用。汽车车灯和交通信号灯可以通信。车与车之间交换信息。车与路侧设备交换信息。这有助于智能交通系统。飞机内部通信也能使用。客舱阅读灯提供网络。不会干扰飞机精密仪器。室内定位服务很实用。商场博物馆需要导航。灯光指引路线。商品信息通过光推送到手机。医院里医疗设备联网。医疗设备通常禁止无线电。可见光通信是安全选择。物联网需要大量连接。传感器通过室内灯光传输数据。

可见光通信的研究很活跃。提高传输速率是目标。早期速率只有每秒几兆比特。现在速率达到每秒数百兆比特。甚至超过每秒十吉比特。使用微型发光二极管阵列。每个二极管独立控制。多输入多输出技术并行传输。使用新的调制格式。高级调制格式携带更多比特。提高光谱效率。另一个方向是提高稳定性。克服遮挡和移动的影响。结合电力线通信技术。电力线提供后台连接。灯具既是接入点也是中继点。智能算法预测接收器移动。提前切换光源链路。

可见光通信可以和现有技术融合。与无线保真技术互补。无线保真覆盖广。可见光通信速率高。两种信号可以自动切换。用户从房间走到走廊。网络从光切换到无线电。用户感觉不到变化。与第五代移动通信结合。第五代网络需要密集基站。灯具可以作为小型基站。分担移动网络流量。与第六代移动通信的研究也在进行。第六代可能包含可见光波段。

标准化工作已经开展。一些组织制定标准。标准确保不同厂家设备互通。标准规定物理层参数。标准规定数据链路层协议。标准规定应用场景。产品开发有据可依。市场推广更加容易。

可见光通信的前景广阔。照明产业正在升级。智能照明是趋势。通信功能加入灯具。灯具变成网络节点。万物互联的时代需要多种技术。可见光通信是重要补充。它利用已有的照明设施。它开发巨大的可见光谱资源。它提供安全高速的通信方式。研究还在继续。问题逐步解决。技术不断成熟。未来我们的灯光不仅能照亮房间。灯光还能连接世界。