|
2050年未來(lái)都市的關(guān)鍵詞：數字生活。這是依托互聯(lián)網(wǎng)和一系列數字科技技術(shù)應用為基礎的一種生活方式，可以方便快捷地帶給人們更好的生活體驗和工作便利。 哥倫布航海時(shí)代，世界突然變得很大；計算機、互聯(lián)網(wǎng)問(wèn)世后世界又開(kāi)始變小。隨著(zhù)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應用的日益普及，人類(lèi)生活方式開(kāi)始改變。地球人貌似一夜之間都變得“智慧”起來(lái)，甚至連物品都有了“思想”。 不僅如此，在2050年科技高速發(fā)展的未來(lái)，不論使用哪一種設備，都可以在任何時(shí)候、任何地方借助無(wú)線(xiàn)手段傳送數據。LED光學(xué)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的普及，推動(dòng)“物聯(lián)網(wǎng)”的發(fā)展，整個(gè)世界輕易相聯(lián)…… 如今，人們已習慣無(wú)線(xiàn)上網(wǎng)。沒(méi)了網(wǎng)線(xiàn)的束縛，我們更能享受網(wǎng)上沖浪的樂(lè )趣。然而，因為物體的阻擋如墻壁等，房間里一些地方難免接收不到信號，或者信號極弱。于是，科學(xué)家們設想，何不讓燈光來(lái)發(fā)射信號？只要燈亮，就不愁沒(méi)網(wǎng)上。 這一看似天馬行空的想法如今已成現實(shí)。在上海世博會(huì )中國航空館里，中科院半導體研究所的科學(xué)家展示了這項最新最前衛的成果：LED光學(xué)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )…… 
按光索網(wǎng)原理 光線(xiàn)作媒 “閃爍”出信號 LED 燈以極快的頻率不停開(kāi)關(guān)，燈光在閃爍時(shí)發(fā)出脈沖，實(shí)現信號傳送。這種高頻的閃爍是人眼無(wú)法察覺(jué)的，所以L(fǎng)ED燈可以照明、發(fā)信號兩不誤。在航空館的LED光學(xué)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )展示平臺上，一束光筆直的照到一臺筆記本電腦上，工作人員在燈光下自由的上網(wǎng)沖浪。這就是LED光學(xué)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )———以L(fǎng)ED照明燈發(fā)出的光當作網(wǎng)絡(luò )信號的傳輸工具。 其原理是：LED燈以極快的頻率不停開(kāi)關(guān)，燈光在閃爍時(shí)發(fā)出脈沖，實(shí)現信號傳送。這種高頻的閃爍是人眼無(wú)法察覺(jué)的，所以L(fǎng)ED燈可以照明、發(fā)信號兩不誤。 從上世紀70年代后期開(kāi)始，就有研究人員研究室內光通信。IBM蘇黎世實(shí)驗室的工程師們在當時(shí)建立了首個(gè)工作系統。在日常生活中，用光傳輸數據的例子也隨處可見(jiàn)。例如早些年手機上的紅外傳輸功能。 如今當節能的 LED成為未來(lái)照明的趨勢時(shí)，科學(xué)家自然選擇其作為傳播信號的工具。而且LED的燈光是可見(jiàn)光，更方便人們“按光索網(wǎng)”。 當漫反射的光使整個(gè)房間明亮起來(lái)時(shí)，網(wǎng)絡(luò )信號也隨即充斥整個(gè)房間。更神奇的是，通過(guò)鏡子反射的光也一樣有信號！
LED光學(xué)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )：只要燈亮著(zhù)就能上網(wǎng) 傳統無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的覆蓋面積很大程度依賴(lài)于無(wú)線(xiàn)路由器的能力。無(wú)線(xiàn)路由器在使用時(shí)會(huì )發(fā)射一種射頻信號，即擁有一定發(fā)射頻率的電波。這種電波雖然沒(méi)有被證實(shí)對人體有害，但畢竟不是綠色環(huán)保的。相比之下，光傳輸信號最大優(yōu)勢就是沒(méi)有任何電磁波。 LED光學(xué)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，對網(wǎng)絡(luò )運行商和電腦設備沒(méi)有任何要求，只要是普通的外網(wǎng)就能夠接入�，F在市面上賣(mài)的LED燈只有照明作用，如要用于通訊就必須在LED上安裝一個(gè)小“儀器”，讓其實(shí)現高頻率閃爍。 在過(guò)去，一個(gè)區域要實(shí)現無(wú)線(xiàn)信號全覆蓋，只能擺上很多個(gè)無(wú)線(xiàn)路由器。如今，科學(xué)家們能在小區電線(xiàn)接入的地方直接承載通訊信號，屆時(shí)不論是小區的路燈，還是每一家的照明燈，都能發(fā)送上網(wǎng)信號。
按光索網(wǎng)優(yōu)勢 比光纖更快 飛機上照用 光學(xué)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )剛好針對“最后幾公尺”的問(wèn)題，也就是如何把寬帶數據流從信息骨干網(wǎng)終端傳送到室內的無(wú)線(xiàn)設備上，其優(yōu)勢不言而喻。LED的傳輸速度較快，信號更穩定。LED材料的不同，會(huì )導致其調制能力和最大帶寬都不一樣。目前國際上認為，LED光學(xué)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )理論上可以到達500Mbps的速率。 通信公司還有個(gè)“最后一公里”的說(shuō)法，指的是把寬帶服務(wù)從全國的高速數據通信骨干網(wǎng)接入終端用戶(hù)時(shí)遇到的困境：盡管這只是整個(gè)通信路徑中的最后一小段，但費用之高卻令人咋舌�，F在進(jìn)小區的光纖寬帶是100M。其實(shí)光纖通信也還是光，只是它在特制的光纖里面傳輸，外界干擾小，所以速度快。但不同的小區需要建設不同的光纖網(wǎng)絡(luò )，通常需要非常長(cháng)的時(shí)間。 與此類(lèi)似，光學(xué)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )剛好針對“最后幾公尺”的問(wèn)題，也就是如何把寬帶數據流從信息骨干網(wǎng)終端傳送到室內的無(wú)線(xiàn)設備上，其優(yōu)勢不言而喻。 這種光學(xué)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )尤其適合在醫院和工廠(chǎng)使用，因為在這些區域中，傳統的射頻傳輸會(huì )干擾導航設備、醫療器械或控制系統。 此外，LED光學(xué)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )讓人們在飛機上也能隨意的使用寬帶。飛機通過(guò)衛星跟地面是實(shí)時(shí)保持聯(lián)通的，借此獲得上網(wǎng)信號。當LED光把網(wǎng)絡(luò )信號“照”向每個(gè)乘客時(shí)，沒(méi)有了電磁波的干擾，飛機導航完全不受影響。 未來(lái)，應用這項技術(shù)使得車(chē)與車(chē)之間也可利用前后車(chē)燈進(jìn)行通訊。但只是語(yǔ)音通訊，想上網(wǎng)還得借助路燈。 “LED光學(xué)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )”2050年可行性報告 光學(xué)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )很有商業(yè)價(jià)值，用起來(lái)很方便，但是真正實(shí)現起來(lái)也有難度，因為它選擇了一條最復雜的信道———大氣來(lái)傳輸數據。充滿(mǎn)不測風(fēng)云的天空一定會(huì )為無(wú)線(xiàn)光通信帶來(lái)很多變數，但室內用肯定沒(méi)問(wèn)題。 光學(xué)無(wú)線(xiàn)通信的一系列特點(diǎn)：傳輸速度快，成本比鋪光纖低，建設速度快，不需要無(wú)線(xiàn)電頻率許可，也無(wú)須開(kāi)挖管道的市政許可，便攜性強，便于維護，對周?chē)沫h(huán)境也沒(méi)有影響。 但是，光學(xué)無(wú)線(xiàn)通信受到發(fā)射能量的限制，不可能傳送太遠，可靠性也會(huì )受到很多外部因素影響。例如，敵人在光學(xué)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的鏈路上生一把火，用人造煙霧破壞了信息完整性。 然而，上述的弊端顯然并不能阻擋光學(xué)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的發(fā)展。當LED成為未來(lái)的必然趨勢，LED光學(xué)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )也成為了必然。 未來(lái)LED不再只能照明 光學(xué)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)取代WiFi 據悉，美國政府資助一項“智慧照明”，倡議探索把無(wú)線(xiàn)通信能力嵌入未來(lái)的LED照明安裝之中，以提供更廣泛的接入點(diǎn)。這項投資額1億8500萬(wàn)美元、為期10年的美國國家科學(xué)基金計劃，涉及超過(guò)30所大學(xué)的研究人員。其中，包括波士頓大學(xué)、位于紐約的Rensselaer理工學(xué)院以及位于美國新墨西哥州中部大城的新墨西哥大學(xué)。 該“智慧照明”倡議探索，采用可見(jiàn)光束實(shí)現無(wú)線(xiàn)電設備與基于LED的照明設備之間的通信�；贚ED的方案也可以被用于在LED的應用日益增多的汽車(chē)之間進(jìn)行通信。整個(gè)目標是把通信能力構建在所有的LED照明之中，與此同時(shí)，減輕RF頻帶的擁擠程度。 波士頓大學(xué)教授Thomas Little說(shuō)，“采用紅外線(xiàn)進(jìn)行通信有著(zhù)很長(cháng)的歷史，紅外線(xiàn)資料協(xié)會(huì )IRDA多年以前就已經(jīng)為PDA、打印機以及筆記本計算機構建了通信協(xié)議。我們現在正在做的事情就是抓住這個(gè)機會(huì )，把聯(lián)網(wǎng)功能嵌入LED照明革命之中。隨著(zhù)白熾燈和日光燈被取代，我們希望把聯(lián)網(wǎng)技術(shù)嵌入LED照明之中�！� 目前，采用紅外線(xiàn)LED的、基于LED的通信功能，如遙控功能，將適合于采用可見(jiàn)光，以便于在數字設備中的收發(fā)器能夠與照明設備進(jìn)行通信。這些照明設備將經(jīng)由有線(xiàn)設備接入互聯(lián)網(wǎng)。跟必須在所有用戶(hù)之間共享頻譜的、基于RF的WiFi接入點(diǎn)不同，通過(guò)可見(jiàn)光的視距通信可能使得不同的數據流能夠被饋入每一臺設備。 據了解，研究人員們已經(jīng)對不同的調制方案進(jìn)行了實(shí)驗，包括采用標準二進(jìn)制編碼、不歸零編碼器、脈沖編碼調制和脈沖密集調制的各種編碼器。他們聲稱(chēng)，這些方案只要數據率高于900 KHz，每一種均可在工作情況下感覺(jué)不到光線(xiàn)閃爍。2009年將展示的最初原型的速度為每秒1-10Mbits，它將采用最新的LED以及發(fā)光二極管來(lái)處理發(fā)射和接收功能。研究人員還計劃開(kāi)發(fā)最終可制成可見(jiàn)光收發(fā)器的新的半導體技術(shù)。 Thomas Little教授表示，“作為系統的一個(gè)組成部分，我們需要的接收器通常采用發(fā)光二極管制成，”一種方案就是“采用同一只具有反偏置的LED，并且在效果上，作為制造工藝的一個(gè)組成部分，使得LED的一部分作為接收器，而另一部分作為發(fā)射器�！� 目前，波士頓大學(xué)已經(jīng)建立了一個(gè)發(fā)布關(guān)于智慧照明傳輸倡議的網(wǎng)站。該小組也將采用多種光波長(cháng)進(jìn)行試驗，以利用構成白光的不同色彩的光線(xiàn)對多條數據流進(jìn)行編碼。光極化也將是利用可見(jiàn)光進(jìn)行多任務(wù)通信策略的重點(diǎn)。波士頓大學(xué)將把重點(diǎn)放在系統級問(wèn)題上，包括計算機聯(lián)網(wǎng)應用的開(kāi)發(fā)。半導體設備開(kāi)發(fā)將由Rensselaer理工學(xué)院和新墨西哥大學(xué)的研究人員們解決。 中科院研發(fā)LED燈光上網(wǎng)：燈下可連接無(wú)線(xiàn) 速率2Mbps LED路燈、LED顯示屏，LED作為一種節能照明設備已逐漸走進(jìn)我們的生活。但是你可知道，通過(guò)LED發(fā)出的光線(xiàn)可以連接寬帶網(wǎng)絡(luò )，這在目前的科學(xué)研究中已成為事實(shí)。記者昨天從中科院半導體研究所獲悉，該所對于半導體照明信息網(wǎng)的研究已取得重大突破。 燈下即可無(wú)線(xiàn)上網(wǎng) 一臺筆記本電腦置于燈光的照射之下，沒(méi)有網(wǎng)線(xiàn)連接，沒(méi)有無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡，但流暢的網(wǎng)絡(luò )視頻仍在播放著(zhù)……這是昨天發(fā)生在中科院半導體所的半導體照明與信息化示范館內的一幕。為什么會(huì )出現這樣的情況？光電系統實(shí)驗室的段靖遠博士伸手一指，說(shuō)它的奧秘就在于天花板上藍色的LED照明燈。 他介紹，網(wǎng)絡(luò )信號正是通過(guò)燈光傳輸給電腦的。通過(guò)這種方式，目前上網(wǎng)最大傳輸速率可以達到每秒2兆。 除了連接網(wǎng)絡(luò )外，LED燈還能充當各種家用電器的指揮官。該所的陳雄斌博士介紹，目前他們已實(shí)現了對多種電器的開(kāi)關(guān)和調節的控制。這兩項技術(shù)也已分別在世博會(huì )的航空館和滬上生態(tài)家館進(jìn)行了展示。 高速開(kāi)關(guān)傳輸信息 LED燈是如何通過(guò)光線(xiàn)傳輸網(wǎng)絡(luò )信號和控制信號呢？專(zhuān)家介紹，LED燈是新型的照明設備，與傳統照明設備不同，它不僅省電，還可以通過(guò)高速的開(kāi)關(guān)動(dòng)作，發(fā)出調制過(guò)的信號，完成信息和指令的傳輸。 不停的開(kāi)關(guān)動(dòng)作會(huì )不會(huì )影響正常的照明使用呢？答案是否定的�？蒲腥藛T介紹，每秒開(kāi)關(guān)的速度可達200萬(wàn)次，肉眼根本無(wú)法感覺(jué)到。 克服航班上網(wǎng)難題 現在人們享受無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )便捷服務(wù)的同時(shí)，也在時(shí)刻擔心它所產(chǎn)生的電磁波可能會(huì )對人體產(chǎn)生不利影響，而用環(huán)保的LED燈光上網(wǎng)卻能徹底消除這一顧慮。沒(méi)有電磁波就不會(huì )對周邊電子設備造成干擾，飛機內無(wú)線(xiàn)上網(wǎng)難題也將得到解決，甚至在水下，一束照進(jìn)來(lái)的LED燈光，就可以完成網(wǎng)絡(luò )信號高速傳輸。 專(zhuān)家介紹，和目前的無(wú)線(xiàn)技術(shù)相比，LED燈光上網(wǎng)還只是一只潛力股。由于它特殊的信息傳輸方式，在未來(lái)能夠達到每秒上G的接入速度。據了解，目前美國、日本和歐洲都開(kāi)始了關(guān)于LED無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的研發(fā)，這可能會(huì )成為未來(lái)科技發(fā)展的重要方向。 來(lái)源：光學(xué)網(wǎng) |
