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LED可见光照亮通信“死角”

来源:中国科学报 2012-06-13 李雯

  徐正元 清华大学电子工程系教授,无线光信息系统实验室主任,博士生导师,国家 “千人计划”特聘专家和海外杰出青年科学基金获得者。

  长期从事无线光和无线领域的通信和定位等研究,尤其在基于绿色照明和显示LED的泛在无线光通信理论、技术、实验和应用系统研究方面有丰富的积累。

  在飞机上打电话、上网,在医院仪器设备区或矿井中使用手机,在隧道、地铁里顺畅通话……长期以来,上述场所就是通信技术覆盖盲区或信号薄弱区域,身处其中的人尽管有通信需求,也不得不屈从于目前的科技水平。

  难道这些通信“死角”,真的将永远成为盲区?

  答案是否定的。“人们在这些区域的通信需求,完全可以通过LED可见光通信来满足。”清华大学电子工程系教授徐正元说,实现这些想法指日可待,这些场景将成为你我的工作、生活常态。

  可见光通信是一项新兴的基于白光LED的无线光通信技术,能够同时实现绿色照明和通信的双重功能,是近几年无线光通信中最热门的研究方向之一。

  LED灯具有高速电调制性能,可通过肉眼不可察的高速明暗闪烁信号传输信息,这就是LED灯能够在正常照明显示的同时,作为通信光源实现可见光泛在高速通信的根本原因。也就是说,只要有LED照明光的场所,就能够实现随时随地通信。

  此外,LED可见光通信具有发射功率高、不占用无线电频谱、不受电磁干扰困扰、无电磁辐射、私密安全、节约能源等优点,大大节省了通信系统成本,提高了系统容量。

  LED可见光通信研究在国外已经有十多年的历史,在某些方面有了较高的技术水平。在我国,这项研究虽已取得一定成果,但距离国际先进水平和大规模产业化应用,仍存在一定差距。

  徐正元教授正是为了推动国内无线光通信技术的研究和应用,于2010年毅然回国。在这之前,他留美十几年,任美国加州大学终身教授,在无线光通信、网络技术和LED智能照明研究方面颇有建树。他甚至于2009年牵头创立了加州大学泛在光通信研究中心,并出任主任,得到了美国国防部、大型企业的支持,事业发展前途乐观广阔。

  尽管如此,徐正元教授还是选择了回国。2010年,在国家“千人计划”的支持下,徐教授落户清华。谈起原因,他说,一为推动国内LED可见光通信技术的发展,二为回报母校清华大学的培育之情。

  回国后,徐正元教授迅速在清华大学创建了无线光信息系统实验室,利用自己的研究经验,致力于推动相关研究走上正轨。实验室定位于涵盖宽光谱无线光和无线通信、网络、成像、传感、定位/导航、智能交通、物联网等多方向的科学研究。

  同时,徐教授利用自己十几年海外经历中积累的研究和人脉资源,带领实验室在短时间内与多位国际国内知名学者和相关企业建立了联系,并开展了广泛的合作交流。

  徐正元教授表示,可见光通信的研究和应用并不是要取代现有无线技术,而是作为它们的有效补充——应用于当前因对射频无线通信敏感而无法实施的场合,也就是文章开头提到出于安全考虑屏蔽手机信号的医院、机舱、矿井,信号衰减强度大的地铁、隧道、水下等。

  据了解,飞机飞行期间不允许使用手机的原因,是手机发出的无线信号会干扰飞行员与机场无线电的联系和飞机罗盘的正确性,造成安全隐患。而采用LED光源就不会存在这样的问题,“只需在飞机上加装一个中央控制器,就可以将座位上方的LED阅读灯作为网络接入点实现通信信号的连接,不仅可以打电话,还能上网。”徐正元教授透露,目前这一技术正在进行各项指标的反复试验,飞机无通信时代的终结指日可待。

  同样,LED可见光通信也适用于矿井中。在矿工头盔上安装LED灯,除了实现固有的照明功能外,还可实现矿工之间的“交流”。“而且,利用矿井下隧道照明灯还能接入网络,及时将矿下数据与地面进行传输,从而实现矿工位置的定位和矿下的监控,让矿场越来越智能。”徐正元教授介绍,这一科研成果目前在实验室里已经成熟,计划开始在部分矿企里投入使用。

  另外,LED可见光通信还可应用于智能交通系统。“在车身装配LED灯,车与车之间、车与交通灯和路灯之间就能够实现通信。司机在驾驶过程中可以获取最及时的交通、道路或位置信息,选择最佳驾车路线,避免碰撞,保证顺畅交通。此外,还可以实现车辆的身份识别,便于管理。”

  再者,LED可见光通信在用户密集区大容量通信方面也优势明显,各用户之间信号相互不产生干扰,有别于WiFi的相互干扰对系统整体容量的限制。

  “作为一种新型无线通信手段,泛在性、广覆盖性等优势为LED无线光通信的发展提供了无限可能的空间,它必将为我们带来更加舒适、便捷、智能化的生活。”面对未来,徐正元教授满怀信心,认为无线光通信前途无限光明。现在他们要做的,是加快研究步伐,以成熟的技术和产品,满足绿色节能LED照明和显示的广泛的信息化应用需求,为谱出无线光通信的华美乐章写下一个个音符。

(http://news.tsinghua.edu.cn)
[更新:2012-06-13 14:20:17]
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