研发高效超薄型LED对未来通讯技术的影响

赵小艳

【摘要】通讯技术的不断创新，使得网络通信行业实现了井喷式的发展。当今社会，随着国民经济的不断增长，快捷方便的无线设备被广泛应用在人们的学习生活中，创造出巨大的现实价值。而可见光通迅技术的发展最大化提高通信设备的工作效率，能够满足不同层次用户的各项需求，具备多样化的功能与作用。本文对可见光通信技术与应用将展开进一步的分析与探讨。

【关键词】LED 可见光 通讯技术

一、可见光通迅技术原理及研发应用

1.可见光通迅技术的原理

可见光通信技术，是利用荧光灯或发光二极管等发出的肉眼看不到的高速明暗闪烁信号来传输信息的，将高速因特网的电线装置连接在照明装置上，插入电源插头即可使用。可见光通信技术其原理是将需要传输的信息调制到灯具的驱动电流上，使LED灯具以极高的频率闪烁。虽然人眼看不到这种闪烁，但是通过光电探测器可以检测到这种高频闪烁携带的通信信息。基于白光LED的可见光通信技术融合了光通信和无线通信二者的优点，同时顺应了白光LED器件作为下一代绿色固体照明光源的发展趋势，是一种高速灵活、绿色环保的新型通信技术，且因为通信电路可以和LED灯具的驱动电路完美集成，应用前景巨大。因而具有广泛的开发价值。

2.可见光通迅技术的研发及应用

与目前使用的无线局域网（无线LAN）相比，可见光通信系统可利用室内照明设备代替无线LAN局域网基站发射信号，其通信速度可达每秒数十兆至数百兆，未来传输速度还可能超过光纤通信。利用专用的、能够接发信号功能的电脑以及移动信息终端，只要在室内灯光照到的地方，就可以长时间下载和上传高清晰画像和动画等数据。该系统还具有安全性高的特点。用窗帘遮住光线，信息就不会外泄至室外，同时使用多台电脑也不会影响通信速度。由于不使用无线电波通信，对电磁信号敏感的医院等部门可以自由使用该系统。

无需WiFi信号，打开LED灯就能上网。一种利用屋内可见光传输网络信号的国际前沿通讯技术在实验室成功实现。研究人员将网络信号接入一盏1W的LED灯珠，灯光下的4台电脑即可上网，最高速率可达3.25G，平均上网速率达到150M，堪称世界最快的“灯光上网”，可见光通讯被称为Lifi。

可见光通讯安全又经济。科研人员不仅在实验室環境中利用可见光传输网络信号，并且实现能够“一拖四”，即点亮一盏小灯，4台电脑即可同时上网、互传网络信号。光和无线电波一样，都属于电磁波的一种，传播网络信号的基本原理是一致的。

给普通的LED灯泡装上微芯片，可以控制它每秒数百万次闪烁，亮了表示1，灭了代表0。由于频率太快，人眼根本觉察不到，光敏传感器却可以接收到这些变化。二进制的数据就被快速编码成灯光信号并进行了有效的传输。灯光下的电脑，通过一套特制的接收装置传输信号。有灯光的地方，就有网络信号。关掉灯，网络全无。与现有WiFi相比，未来的可见光通讯安全又经济。WiFi依赖看不见的无线电波传输，设备功率越来越大，局部电磁辐射势必增强;无线信号穿墙而过，网络信息不安全。这些安全隐患，在可见光通讯中“一扫而光”。而且，光谱比无线电频谱大10000倍，意味着更大的带宽和更高的速度，网络设置又几乎不需要任何新的基础设施。

二、可见光通迅技术剖析

可见光通信技术因为是光波通信，无电磁污染有利于人体健康;因为光线的直线传播，通信信号覆盖范围可见可控，私密性强;因为与照明天然结合可以利用无处不在的照明网络所以无须新建专用网络、节能和环保;因为是光波通信，频带资源理论上高达100THz，通信速率赶超WiFi且无需授权。总的来说，可见光通信技术作为一种无线通信新技术，解决了无线通信技术发展面临的两大问题。

一是无线通信的发展急需解决无线频谱资源拓展的问题。由于传统无线通信发展迅速，且和广播电视、蓝牙等技术共用微波无线频段，造成该频段频谱资源异常紧张，开发利用新的无线频段迫在眉睫。近年来陆续出现了毫米波通信和太赫兹通信等解决方案解决方案，而随着白光LED器件的出现，利用频率更高的可见光频段进行自由空间无线通信成为可能，不仅理论上可以达到更高的传输速率，同时避开了紧张的无线授权波段。

二是无线通信的发展急需解决节能环保的问题。LED器件是一种高效的固体光源，与当前的荧光光源相比具有更低的功耗、更高的亮度和更小的尺寸。另一方面，LED发出的光谱窄，可以用作无线通信载波调制信号，因此同时具备绿色照明绿色照明和节能通信两个优点。此外，处于可见光频段的光波对人体无伤害，可以保证长时间通信下对用户的环保安全，属于绿色节能环保通信。

三、可见光通迅技术发展方向

近年来，新加坡国立大学科学家研发出节能的超薄发光二极管LED，对下一代通讯技术而言，将电讯号（Electrical）完整地转换成光讯号（Optical Signals）相当重要，若欲传输大量讯息则需将节能、高速的LED整合在芯片上。

由于二维结构的类石墨烯只有碳原子厚度、具有明确发光性质而且能够放置于微芯片上，成为近年来相当受欢迎的半导体材料。目前已有研究团队利用类石墨烯材料制作出 LED，然而电转光效应仅有部分电流会转换成光，大部分则转换为热能消散，要实现 LED的高效率仍是一大挑战。

研究显示，几奈米厚的绝缘层就可以抑制电流泄漏，不需要额外增加电阻。团队透过使用极薄的绝缘体，大幅减少触发LED光所需的电流，比二维半导体LED减少10，000倍的电流。

四、总结

可见光通迅具有不占用频谱资源、发射功率高、无处不在、无电磁干扰、节约能源等优点，已成为通信领域新的增长点，具有极大的发展前景。但要真正实现室内超高速光无线数据通信，还要面对元器件的研制、调制解调和编解码技术、无线信道传输和复用技术、通信体制和架构的设计等相关技术进一步研发实用。市场应用需求是新技术发展的最有效的驱动力，伴随着市场需求的进一步加大，可见光通迅技术的发展空间必定会越来越大！

参考文献：

• 亓沂滨，陈津.基于led的光通信系统的设计与实现[J].电子技术与软件工程，2016（14）：51-52.