LED 的固态照明(SSL) 可见光通讯(VLC)

1、LED点亮下一代无线通讯

VLC技术探讨来源：投影时代更新日期：2010-07-06作者：佚名第二届商用显示B2B论坛即将开幕边缘融合工程组建指南InfoCommAsia2010展前报道

随着业界准备朝高功率LED的固态照明(SSL)方向发展，一些较具远见的工程师们脑海中也浮现一种更大胆的创新思维。他们建议：为何不采用一种速度快到让人眼无法辨识的LED切换方式，以便使其也能用于传送数据？

这个建议就是可见光通讯(VLC)的理论基础。在先进的技术支持下，每一种新的LED灯具也能以有线方式接取骨干网络，使室内任何设备实现无所不在的无线通讯，而且不至于增加原已拥挤不堪的射频频宽负担。许多业界、标准组织和得到政府大力资助的计划都开始研发可见光通讯。可见光通讯的前景十分广阔，因为传统照明市场规模达数兆美元，而且市场过渡到固态照明应用也已经展开。根据StrategiesUnlimited公司预测，今年LED照明市场将超过10亿美元，到了2014年还可望成长到大约73亿美元。

当然，固态照明的重点在于降低温室气体排放，因为LED灯的功耗比目前的标准照明产品更低很多。同时，巨大的市场商机几乎已经激起了每家主要电子研究组织投入可见光通讯应用的兴趣与研发。

大多数可见光通讯应用并不在于取代其它无线技术，如蓝牙、Wi-Fi、WiMax和LTE，其应用目标是目前射频(RF)无线通讯无法妥善提供服务的场合，如医院和飞机等应用中，射频可能干扰到攸关生命的设备讯号；在机器人应用中，VLC可以使用头灯中的虚拟路标进行导航以传送邮件；或是在电子看板应用中，当手机照相机指向它时，透过VLC可提供更多的信息。

日本的可见光通讯联盟成员包括卡西欧(Casio)、NEC、松下电气(Panasonic)、三星(Samsung)、夏普(Sharp)、东芝(Toshiba)与NTTDocomo等电信厂商，该联盟正致力于推动IEEE802.15无线个人局域网络(WPAN)标准委员会增加‘.7’的计划，以期将可见光通讯提升到与RF和红外线相同的无线状态。

802.15.7委员会才刚由其工作小组批准了无线VLC标准的草案版本，“但我们仍有许多问题尚待解决。”英特尔实验室(IntelLabs)科学家兼IEEE802.15.7委员会技术编辑RickRoberts指出。

“让IEEE感到兴趣的原因是LED的发展普及。目前的LED技术主要用于照明，但如果也能应用在无线市场中，从以往的经验就可知道还必须为其互通作业性进行标准化。”Roberts表示，“我们的标准化工作始于2008年，并可望于明年完成标准的定稿。”

据Roberts介绍，802.15.7委员会的首要任务是推动照明第一、通讯第二的标准。“可见光通讯是能用肉眼看到的唯一一种‘无线通讯’讯号，因此不至于受到阻碍。”他指出，“例如，可见光通讯并不适合遥控的方式，因为人们通常在光线较暗的室内看电视，你总不希望看到遥控器发出闪烁的光线吧？采用LED进行通讯就不会造成光线闪烁，而且可见光通讯必须适应人们平常使用照明光源的方式，例如光线调节。”

VLC开发更多创意应用

可见光通讯可望带来一系列的崭新应用，虽然以Wi-Fi或红外线的方式也能实现最终目的，但透过可见光的方式会更加方便或更安全。例如，与相邻RF讯号之间的互相干扰可能会限制Wi-Fi的使用，而可见光基本上并不存在干扰的问题；相邻光束可以交相通过，只要彼此目的地不同就可以了。此外，有些地方出于安全的考量而禁止使用RF通讯，例如医院和飞机上。可见光通讯在这些场合中就是一种理想的替代方案，因为LED照明早已在使用中，而且可见光通讯又不会干扰到传送重要任务的系统讯号。同时，可见光通讯也具有较高的资料量。

“可见光通讯能够实现各种类型的新应用，”Roberts表示，“我特别喜欢智能化LED广告看板──平常它可能会显示‘欢迎光临Joe餐厅’，但如果你拿出行动设备并指向这个看板时，还能下载到更多的信息，例如这家餐馆的地址、菜单甚至优惠卷等。你必须施展你的想象力，那么就可能看到许多更新的潜在应用。”

三星公司正以其搭载LED背光的LCD平面显示器来试验可见光通讯，以便使未来的收视用户能够下载从产品信息到网站地址等所有相关信息。“我们深信LCD背光通讯会是可见光通讯的绝佳应用之一，因为LCD背光应用正开始改采LED背光。”三星公司LCD业务部副总裁ScottBirnbaum表示。图1：就像煞车灯‘告诉’司机要停车一样，VLC可为引擎控制单元发送相同的消息，以避免碰撞。

就像IEEE在2008年开始进行其标准化计划一样，美国国家科学基金会(NationalScienceFoundation；NSF)也看中了‘这道光’的发展潜力，因其而在其旗下的智能照明工程研究中心(ERC)计划中增加了VLC研究计画。

智能照明ERC是一项斥资1,850万美元的10年期计划，涉及多所大学的30多位研究人员，包括壬色列理工学院(RPI)、波士顿大学(BU)和新墨西哥大学(UNM)。“由于整个社会正朝向固态照明发展，我们认为透过LED光将能实现所有的应用。”PRI学院教授兼智能照明研究中心总监RobertKarlicek表示，“我们想知道以前认为永远不可能的事中，有哪些事是我们现在能做的？我们还得判断必须制作什么样的设备，以及采用哪一类的系统架构，才能够实现一个先进照明系统的更多功能。”

Karlicek希望能使得照明系统的照明功能也变得更加智能化，其方法是利用可见光通讯为照明系统本身增加环境参数。“我们想知道采用LED还能做什么事，以便为此开发社群提供更多的价值与新机会。”他指出，“举例来说，我能想象室内照明器具开的相互间通讯──从一盏灯到另一盏灯，利用低速率讯号而使得色彩标准化，并提供均匀一致的光线。”

智能照明ERC研究人员正寻求控制LED照明的所有方面，包括颜色、密度、能源使用、极化和调整，以便形成新的应。这些新应用范围包括从使用固态照明到提供数据通讯，以便控制生理周期的律动，或在每天的固定时间提供最健康的光照形式。ERC并正研究可见光在生物感测、医疗诊断与治疗方面的用途。

参与智能照明ERC计画的波士顿大学专注于为特殊场合使用可见光通讯，以实现传统的数据通讯，例如在飞机上。可见光通讯能够利用多个独立的平行数据连接，例如来自不同视线的连接，或在相同视线上利用多种不同频率的可见光。如此一来，观赏同一部电影的每个人都能共享共同的广播电视联机，或者将各自独立的数据串流馈送至播放不同电影的各种设备中。

在制造厂房中，同样的功能可使行动机器人使用可见光通讯巡视仓库，他们可以利用头灯来确认所处的位置，彼此之间还能直接通讯以避免碰撞。同样地，汽车可以透过读取由交通号志广播的坐标保持正确的行驶方向。汽车与汽车之间采用可见光通讯还有助于避免碰撞，并且防止交通拥塞。

图2：同时应用LED灯于照明和通讯，将有助于实现普适运算，在室内的每个设备可分别使用不同的数据串流。

图3：目前无线网络的部署使用Wi-Fi，它必须依赖于网络电缆和接取点，但未来的系统可以利用现有的有线基础设备将数据传送至LED灯，以实现无所不在的新接取点。

图4：在机场使用LED通讯可以减少地面碰撞，因为LED可以在机场照明基础设备、地面车辆和飞机之间提供讯号。

实现VLC之路

波士顿大学教授ThomasLittle是智能照明中心的主要研究员与副总监，他正尝试采用不同的调变机制，包括使用标准二进制编码的编码器、非归零(NRZ)编码器、脉冲编码调变以及脉冲密度调变。据他宣称，只要传输数据速率大于900kHz，这些方案在运作时都不会产生闪烁光。Little带领的研究小组也正探索，透过反射讯号但不能产生互调干扰的方法，如何在缺乏直接视线的情况下可靠地收发讯号。

“我们希望使得网络的安装就像加装灯泡一样容易。”Little表示。截至目前为止，Little的实验室已经完成了40多款原型，这些原型目前正在一些业界合作伙伴处进行评估。

波士顿大学的智能照明实验室已经建立了多款展示装置，用以展示如何使灯具同时具备照明功能和数据通讯功能。例如，透过LED调变由以太网络建置的数据讯号，可使硬线以太网络讯号从一盏灯具路由至另一盏灯具。

“我们想要解决的问题是如何以很低的成本提供较高的数据速率，而使可见光通讯能够成为照明基础架构的一部份。”Little表示。

只要在设备中安装LED发射器，从用户设备(如智能手机或笔记型计算机)到以太网络集线器的讯号就可以透过可见光来实现。但Wi-Fi仍适用于到以太网络集线器的回传讯号，并且也具有相同的优势，因为来自用户设备(例如经由按键)的回传讯号通常是低频的讯号。

此外，新墨西哥大学正专注于研究创新的设备架构──致力于提升效率和LED开关速度的方法，以便达到GHz级的频宽。到目前为止，新墨西哥大学教授SteveHersee已经发明了一种制造奈米线LED的可扩展制程。该技术架构已有很大的改善，特别是其中由上百万条奈米线组成的垂直列将作为发射器。新墨西哥大学准备将该技术授权给产业界，使其可采用与传统LED相同的材料来大量生产奈米线LED。

“我们使用相同的氮化镓材料，但相较于一般LED中所有层都平置在水平面的作法，他们将采用同轴的方式缠绕在中央奈米线四周，使得组件具有更高的效率，并使其能以更高的速率进行调整。“Hersee指出，“这将使固态照明发生根本的变化。奈米线可说是零缺陷，而传统LED中使用的传统水平氮化镓薄膜则每平方公分中就有数百万个缺陷。”

奈米线宽度从100nm到500nm不等，在基板上的垂直列中可以生长到5至10um高。第一款原型产品最近才制造完成，但新墨西哥大学预计在今年年底前会有更多的公司取得授权。

NSF将在今年7月于RPI学院赞助一场研究展示会，届时将评估研究的最新进展，以及为2011年所擘划的新里程碑。NSF计划将在2018年完成，NSF希望届时就能拥有智能照明标准和技术，让每个新兴固态照明装置都能像可见光通讯集线器一样实现双重任务。

“既然我们能够实现LED照明，我们还希望将它应用在照明以外的其它用途。”Hersee指出。

重点分析上图2、两岸深入LED照明合作

台欲拟LED通讯标准中国新能源网|2010-10-1911:58:00|新能源论坛|我要供稿特别推荐:《2010中国新能源与可再生能源年鉴》编印通知10月17日，“经济部”已完成LED智慧照明管理通讯标准草案，希望主导全球标准制定走向，目前业者准备将智慧照明管理系统输出至中国大陆与东南亚，可望再创绿色商机。

“经济部”官员透露，“经济部”与大陆洽谈LED（发光二极体）试点计划，确定包括大陆厦门、广东与东北哈尔滨等地，希望利用大陆不同的极端气候类型，测试台湾LED产品性能，并做适当调整，准备进军全球LED市场。

据台湾“中央社”报道，台湾拥有LED先进技术，结合中国大陆市场，即可主导LED智慧系统通讯标准制定，“经济部”已经拟定完成通讯标准草案内容，近期即可陆续举行公听会，听取业者意见。

由资讯工业策进会研发的LED智慧照明管理系统，预定于10月18日在台北县三重市三大停车场点亮“绿光”，这是全球第一套智慧型LED照明系统，节电效果超过7成以上。

“经济部”官员说，资策会已经把LED智慧管理系统技术移转给业者，而参与三重市停车场LED智慧型路灯示范计划的光宝与光林LED厂商，也都认为智慧型LED管理系统前景商机无限。

“经济部”官员透露，目前台湾已经有LED路灯标准，并且完成与中国大陆标准对接工作，在LED智慧照明管理系统开发成功后，“经济部”也已经完成智慧照明通讯标准草案，希望结合大陆市场，主导全球通讯标准制定。3、高效半导体照明关键材料技术研发”重大项目申请指南\o""2010年10月28日09:18:34查看数：308摘要：10月26日，科技部网站发布《国家高技术研究发展计划（863计划）新材料技术领域“高效半导体照明关键材料技术研发”重大项目申请指南》。课题主要考核指标：（1）亮度分布和眩光测量范围：0.001cd/m2-100000cd/m2，测角精度≤0.1°；（2）中间视觉测量精度优于3%；（3）光谱可调范围、亮度可调范围达到同期国际实验室先进水平；（4）光生物健康与危害评估的系统测量精度、动态范围达到同期国际先进水平；15（5）申请一批发明专利，形成系列测试规范。课题支持年限：2011年1月至2013年12月。本课题国拨经费控制额为1000万元。课题15、LED非视觉照明技术研究课题研究目标：开发出LED在农业、医疗和通讯等创新领域的非视觉照明技术及照明系统，获得拥有自主知识产权的专利技术，打好创新性应用技术的基础。课题主要研究内容：（1）LED的农业照明技术及系统；（2）LED的极地照明技术及系统；（3）LED在医疗上的应用及器械；（4）基于LED照明的室内、室外短途通讯技术及系统。课题主要考核指标：（1）实现LED补光辐照技术在植物的应用，光源生物能效比传统光源提高一倍以上；（2）开发极地站区LED灯具设计方法及应用技术；（3）研制采用单色或多光谱的医疗或康复器械；（4）LED短途通讯技术：接入带宽为10Mbps，支持双向数据传送，通讯距离、误码率达到同期国际先进水平；（5）申请一批发明专利。16课题支持年限：2011年1月至2013年12月。本课题国拨经费控制额为1000万元。三、注意事项1、课题鼓励产学研联合申报，协作单位原则上不超过5家。2、受理时间：课题申请受理截止日期为2010年12月15日17时。3、申报要求：通过国家科技计划项目申报中心统一申报。4、咨询联系人及联系电话、电子邮件：咨询联系人：阮军联系电话51626257电子邮件：ruanjun@863计划新材料技术领域办公室二〇一〇年十月二十六日4、LED可见光通信传输纪录被改写技术分类：通信

|2010-01-18

周谷风德国研究人员日前创造了每秒500兆的\o"可见光通信"可见光通信传输新纪录。德国西门子公司15日发表公报说，该公司和海因里希·赫茨研究所的科学家通过特殊方式使发光二极管(\o"LED"LED)高频闪烁，附近的\o"光电探测器"光电探测器将接收到这种光信号转换为电脉冲，其信息传输速度达到每秒500兆。此前可见光通信最高传输速度为每秒200兆，也是由西门子和海因里希·赫茨研究所共同创造的。与无线局域网相比，可见光通信技术可利用荧光灯或发光二极管等室内照明设备发射信号。利用具备接收和送发信息功能的电脑以及移动信息终端，用户可以在室内灯光照射到的地方，下载和上传数据。这种技术安全性高，只要用窗帘遮住光线，信息就不会外泄至室外，减少了数据被窃的可能性。5、新思路：以LED光实现无线通信上网日期:2010年07月01日有[9]名读者发表评论

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就像IEEE在2008年开始自己的标准化努力一样，美国国家科学基金会也看中了“这道光”，并在旗下的智能照明工程研究中心(ERC)计划中增加了VLC研究项目。智能照明ERC是一个投资1,850万美元的10年期计划，涉及多家学院的30多位大学研究人员，包括伦斯勒理工学院(RPI)、波士顿大学和新墨西哥大学。“由于整个社会都在向固态照明发展，我们正在考虑用LED光能做的所有东西。”PRI学院教授、智能照明研究中心总监RobertKarlicek表示，“我们想知道以前认为永远不可能的事中哪些事我们能做，并判断需要创建什么样的设备、需要采用哪类系统架构才能实现一个先进的照明系统的更多功能。”Karlicek设想使照明系统的照明功能也变得更加智能，方法是利用可见光通信向照明系统本身增加环境参数。“我们想知道用LED还能做什么事以便向社会提供更多的价值，并提供新的机会。”他指出，“举例来说，我能想象室内照明器