可見光通信借助智能照明已狂奔而來
時間:2016-10-19 15:00:28 來源：
可見光通信技術，對于許多人來說都只是“久聞其聲”，沒有過真實的體驗。其國內(nèi)外研發(fā)的現(xiàn)狀如何？技術方面有了哪些突破？以及它的主要應用前景又在哪里？
17日，由廣東省半導體光源產(chǎn)業(yè)協(xié)會、廣東省半導體照明產(chǎn)業(yè)聯(lián)合創(chuàng)新中心聯(lián)合中山市中創(chuàng)光電產(chǎn)業(yè)技術研究院為中山市小欖鎮(zhèn)企業(yè)量身定制一期《LED智能照明與可見光通信》培訓于中山小欖舉行。就在這次的培訓課程中，主講嘉賓武漢光電國家實驗室、華中科技大學光學與電子信息學院元秀華教授為參與培訓活動的行業(yè)人士，進一步普及了LED智能照明、可見光通信、物聯(lián)、傳感等知識。<a href="http://m.jvdfhvm.cn""http://m.jvdfhvm.cn " "http://m.jvdfhvm.cn " target="_blank">ADSS光纜
LED作為新一代的環(huán)保光源，具有節(jié)能、環(huán)保、壽命長、體積小、無毒無害等優(yōu)點，被稱作為“綠色照明”。自2003年6月起，由科技部牽頭成立了“國家半導體照明工程協(xié)調(diào)領導小組”，拉開了國內(nèi)LED照明產(chǎn)業(yè)的序幕。此后，國家相繼出臺了“LED照明節(jié)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展意見”等政策，開展“十城萬盞”項目，推動國內(nèi)LED照明的發(fā)展。目前，LED照明已在眾多領域普及應用，LED照明的市場規(guī)模甚至每年可達上千億，足見前景非?？捎^。
據(jù)元秀華教授介紹，LED照明集成可見光通信(Visible Light Communication VLC)，是具有和LED照明同樣的市場規(guī)模。并且，由于LED照明集成可見光通信，“綠色照明+綠色通信”，有著節(jié)能環(huán)保、無電磁輻射、抗電磁干擾等特點，應用范圍更加寬廣。<a href="http://m.jvdfhvm.cn""http://m.jvdfhvm.cn " "http://m.jvdfhvm.cn " target="_blank">ADSS光纜
有調(diào)研機構對LED照明市場進行預測，從2009年到2012年，LED照明增加了3倍之多，到2016年，LED照明將占整個照明市場的30%以上，以后將更加快速增長。
“哪里有照明，哪里就有網(wǎng)絡通信”。針對LED照明+VLC應用前景分析，元秀華教授指出，可見光通信是當前短距離通信技術的研究熱點，隨著半導體照明的普及，基于LED和光電探測器的VLC通信技術將在不久的將來得到廣泛的應用。
同時，他也指出了VLC技術需求頗為迫切。在人口非常密集的地區(qū)，例如大城市的中央商務區(qū)，要為區(qū)域內(nèi)大量用戶提供良好的無線接入服務，即使是最新的蜂窩技術也面臨巨大的流量壓力。而VLC則可以在提高空間復用密度的同時降低小區(qū)間干擾，提供更高的流量密度。
在談到VLC(可見光通信)與RF(射頻)兩者的局限與優(yōu)勢時，他表示，首先，可見光無法穿墻；其次，頻譜不受管制，不產(chǎn)生EMI；第三，通信距離較短，多徑傳播效應；最后，室外受太陽光影響，氣候、環(huán)境。從而得出結論：VLC和RF應互為補充技術，而不是其替代技術。
VLC的應用前景
那么，VLC的應用前景又是怎樣？元秀華教授認為，無處不在的LED照明為VLC的應用提供了肥沃的土壤。其應用領域具體包括有，高速Li-Fi，室內(nèi)定位，通信安全，汽車通信，特殊地點……
據(jù)元教授講解，Li-Fi與IEEE 802.11定義的Wi-Fi在功能上是一致的，未來Li-Fi共同在異構網(wǎng)絡(Hetnets)中作為接入點(AP)，為用戶提供Internet高速接入。其中，Li-Fi能提升流量密度。Wi-Fi則能增加覆蓋范圍。
據(jù)悉，LED照明集成VLC涉及到的相關技術包括有：光學、光電子學、大氣光傳播理論、通信理論與技術、光機電一體化、精密機械。對其市場及產(chǎn)業(yè)化前景分析，預期可帶動的相關產(chǎn)業(yè)就有半導體照明、光電子器件(電子器件、光電探測器、各類光無源器件等)、光網(wǎng)絡技術行業(yè)、光機電技術行業(yè)、光學機密機械制造與加工等。
國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀
此外，元教授還介紹了LED照明與VLC技術發(fā)展現(xiàn)狀，在國外，美國、日本、南韓、歐洲等通信技術發(fā)達國家均投入大量人力物力研發(fā)VLC，2006年，2008年、2012年均有應用樣機展示。尤其是美國，將LED照明集成VLC技術，應用在軍事領域，僅2010年，投資5000萬美元以上研發(fā)。
歐洲市場推出的EIB(一種標準的總線控制系統(tǒng))，采用對等控制方式，總線為4芯屏蔽雙絞線，采用24VDC供電與電信號復用。DALI協(xié)議為電源驅(qū)動和設備控制之間提供異步串行通信規(guī)則，同時采用半雙工傳輸、雙線差分驅(qū)動方式。美國市場推出的X-10協(xié)議是以電力線為連接介質(zhì)對電子設備進行遠程控制的協(xié)議。系統(tǒng)由發(fā)送控制盒和多個接收控制組建組成，實現(xiàn)照明回路的遠程控制。
日本推出HBS協(xié)議作為家庭網(wǎng)絡協(xié)議，松下公司基于HBS的WR 31202采用兩線制主從結構，通過手持控制器設置地址，提高了產(chǎn)品的易用性。FRANCISM等人提出了時段與照度檢測相結合的控制方法，充分利用自然光，系統(tǒng)通過照度檢測進行實時補光。
返觀國內(nèi)，我國已出臺了“LED照明節(jié)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展意見”等政策，開展“十城萬盞”項目，推動國內(nèi)LED照明的發(fā)展。如今正在逐年增加對VLC的研發(fā)投入，近兩年僅科技項目經(jīng)費超過2億，多省市已投入數(shù)千萬專項資金發(fā)展LED照明與VLC。華中科技大學、復旦大學、清華大學等均開始研發(fā)VLC技術，發(fā)表了學術論文，但工程技術及應用滯后于國外。其中，華中科技大學已解決VLC關鍵技術，已研發(fā)完成LED照明+VLC樣機，工程技術處于國內(nèi)領先。
國外VLC在標準制定方面的情況是，IEEE、VLCC、三星、IrDA等機構都已經(jīng)發(fā)布或正在制定自己的VLC標準，以2011年IEEE發(fā)布的802.15.7最具代表性。然而，OFDM在VLC中的成功運用要求制定新的、能被廣泛接受的標準。新標準應能與IEEE802.11的高層協(xié)議兼容。元教授為此判斷，VLC技術已處于應用推廣前夜。<a href="http://m.jvdfhvm.cn""http://m.jvdfhvm.cn " "http://m.jvdfhvm.cn " target="_blank">ADSS光纜
目前國內(nèi)外VLC的推廣商用情況，在LED廠商方面，刺激用戶對現(xiàn)有LED燈具升級換代，解決市場飽和問題。在移動通信廠商方面，具備VLC功能的設備將提供差異化競爭優(yōu)勢。元教授認為，二者的合作，將推廣VLC技術從低速向高速演進。
智能照明關鍵技術
談智能照明的含義
元教授對何謂智能照明作出如下的定義：無需人工干預，照明參數(shù)隨場景、環(huán)境等自動調(diào)控。例如，人體檢測控制，環(huán)境參量(溫度、濕度等)檢測與控制，時間控制，電參量(電流電壓等)檢測與控制，光參量(如環(huán)境照度等)檢測與控制。照明參數(shù)包括了照度、色溫、亮度、顏色、光照時間、開關受控、光照布局動態(tài)分配等等。
在整個照明場景中，考慮到的因素可以包含：照明、人體移動、時間等參數(shù)。對各個參數(shù)進行綜合分析后，給出合適的照明方案，并對照明回路進行精確地調(diào)整。
談光學設計
當中，光學設計是LED智能照明的關鍵技術之一，光學系統(tǒng)的功能是按預先設計要求，保障照明區(qū)域的光學參量合理分布。那些有特殊要求的環(huán)境，都需要進行專門的光學設計。
談驅(qū)動技術
驅(qū)動技術，是實現(xiàn)照明智能化的核心——電子技術。在LED照明里驅(qū)動是關鍵，驅(qū)動方式有多種，典型的有線性驅(qū)動和非線性驅(qū)動。LED智能照明——程控驅(qū)動電路。程控方式包括有1、可預先設置參數(shù)；2根據(jù)場景檢測實時調(diào)控……
談光源布局
元教授以幾個應用場景實例來講解光源布局的問題。在大廳燈光分布上，酒店大廳主要擔任的功能有：迎賓接待、服務臺登記手續(xù)、休息區(qū)洽談等等，因此大廳的布置關系到客人對酒店的整體印象，在燈光布置方面要形成良好的氣氛，給人以舒適的視覺感受。
在休息室燈光分布上，休息室作為客人進入會場前休息的場所，所以在燈具布置方面，主要采用整體照明，但是在某些區(qū)域還應加強局部照明，以滿足讀寫的需要。休息室內(nèi)同時設有彩色射燈，必要場合中營造效果。
在會議室燈光分布上，比如在酒店會議流程里，會議室雖然控制區(qū)域集中，照明回路較少，但是由于會議進行的時需要頻繁地進行模式切換，這些都應該通過智能化系統(tǒng)實現(xiàn)。
總結
據(jù)了解，在VLC關鍵技術研究上，華中科技大學已完成了LED+VLC寬帶調(diào)制、上下行鏈路設計、光學收發(fā)、多入多出(MIMO)技術研發(fā)，4終端、1Gbps/100MbpsLED照明+VLC系統(tǒng)實驗樣機研發(fā)業(yè)已基本完成，技術研發(fā)處于國內(nèi)領先，正研發(fā)工程樣機，已申請了國家發(fā)明專利2項。完成了酒店、會議室等環(huán)境的LED智能照明系統(tǒng)樣機研制。<a href="http://m.jvdfhvm.cn""http://m.jvdfhvm.cn " "http://m.jvdfhvm.cn " target="_blank">ADSS光纜
元秀華教授認為，LED照明比傳統(tǒng)照明具有一系列優(yōu)勢，市場前景巨大；VLC具有寬廣的市場，隨著技術改進，VLC將得到廣泛的應用；無線電、光纖通信不能應用的環(huán)境，必須依靠VLC。
另外，他更指出，LED照明+VLC市場規(guī)模巨大，率先研發(fā)VLC，將處于國內(nèi)領先，率先占領市場。半導體照明是VLC的應用支撐平臺，VLC集成LED照明將形成巨大產(chǎn)業(yè)規(guī)模。LED照明集成VLC，是通信技術的發(fā)展方向，其產(chǎn)業(yè)前景不可限量。<a href="http://m.jvdfhvm.cn""http://m.jvdfhvm.cn " "http://m.jvdfhvm.cn " target="_blank">ADSS光纜
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