研發高效超薄型LED對未來通訊技術的影響

趙小艷

【摘要】通訊技術的不斷創新，使得網絡通信行業實現了井噴式的發展。當今社會，隨著國民經濟的不斷增長，快捷方便的無線設備被廣泛應用在人們的學習生活中，創造出巨大的現實價值。而可見光通迅技術的發展最大化提高通信設備的工作效率，能夠滿足不同層次用戶的各項需求，具備多樣化的功能與作用。本文對可見光通信技術與應用將展開進一步的分析與探討。

【關鍵詞】LED 可見光 通訊技術

一、可見光通迅技術原理及研發應用

1.可見光通迅技術的原理

可見光通信技術，是利用熒光燈或發光二極管等發出的肉眼看不到的高速明暗閃爍信號來傳輸信息的，將高速因特網的電線裝置連接在照明裝置上，插入電源插頭即可使用。可見光通信技術其原理是將需要傳輸的信息調制到燈具的驅動電流上，使LED燈具以極高的頻率閃爍。雖然人眼看不到這種閃爍，但是通過光電探測器可以檢測到這種高頻閃爍攜帶的通信信息。基于白光LED的可見光通信技術融合了光通信和無線通信二者的優點，同時順應了白光LED器件作為下一代綠色固體照明光源的發展趨勢，是一種高速靈活、綠色環保的新型通信技術，且因為通信電路可以和LED燈具的驅動電路完美集成，應用前景巨大。因而具有廣泛的開發價值。

2.可見光通迅技術的研發及應用

與目前使用的無線局域網（無線LAN）相比，可見光通信系統可利用室內照明設備代替無線LAN局域網基站發射信號，其通信速度可達每秒數十兆至數百兆，未來傳輸速度還可能超過光纖通信。利用專用的、能夠接發信號功能的電腦以及移動信息終端，只要在室內燈光照到的地方，就可以長時間下載和上傳高清晰畫像和動畫等數據。該系統還具有安全性高的特點。用窗簾遮住光線，信息就不會外泄至室外，同時使用多臺電腦也不會影響通信速度。由于不使用無線電波通信，對電磁信號敏感的醫院等部門可以自由使用該系統。

無需WiFi信號，打開LED燈就能上網。一種利用屋內可見光傳輸網絡信號的國際前沿通訊技術在實驗室成功實現。研究人員將網絡信號接入一盞1W的LED燈珠，燈光下的4臺電腦即可上網，最高速率可達3.25G，平均上網速率達到150M，堪稱世界最快的“燈光上網”，可見光通訊被稱為Lifi。

可見光通訊安全又經濟。科研人員不僅在實驗室環境中利用可見光傳輸網絡信號，并且實現能夠“一拖四”，即點亮一盞小燈，4臺電腦即可同時上網、互傳網絡信號。光和無線電波一樣，都屬于電磁波的一種，傳播網絡信號的基本原理是一致的。

給普通的LED燈泡裝上微芯片，可以控制它每秒數百萬次閃爍，亮了表示1，滅了代表0。由于頻率太快，人眼根本覺察不到，光敏傳感器卻可以接收到這些變化。二進制的數據就被快速編碼成燈光信號并進行了有效的傳輸。燈光下的電腦，通過一套特制的接收裝置傳輸信號。有燈光的地方，就有網絡信號。關掉燈，網絡全無。與現有WiFi相比，未來的可見光通訊安全又經濟。WiFi依賴看不見的無線電波傳輸，設備功率越來越大，局部電磁輻射勢必增強;無線信號穿墻而過，網絡信息不安全。這些安全隱患，在可見光通訊中“一掃而光”。而且，光譜比無線電頻譜大10000倍，意味著更大的帶寬和更高的速度，網絡設置又幾乎不需要任何新的基礎設施。

二、可見光通迅技術剖析

可見光通信技術因為是光波通信，無電磁污染有利于人體健康;因為光線的直線傳播，通信信號覆蓋范圍可見可控，私密性強;因為與照明天然結合可以利用無處不在的照明網絡所以無須新建專用網絡、節能和環保;因為是光波通信，頻帶資源理論上高達100THz，通信速率趕超WiFi且無需授權。總的來說，可見光通信技術作為一種無線通信新技術，解決了無線通信技術發展面臨的兩大問題。

一是無線通信的發展急需解決無線頻譜資源拓展的問題。由于傳統無線通信發展迅速，且和廣播電視、藍牙等技術共用微波無線頻段，造成該頻段頻譜資源異常緊張，開發利用新的無線頻段迫在眉睫。近年來陸續出現了毫米波通信和太赫茲通信等解決方案解決方案，而隨著白光LED器件的出現，利用頻率更高的可見光頻段進行自由空間無線通信成為可能，不僅理論上可以達到更高的傳輸速率，同時避開了緊張的無線授權波段。

二是無線通信的發展急需解決節能環保的問題。LED器件是一種高效的固體光源，與當前的熒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發出的光譜窄，可以用作無線通信載波調制信號，因此同時具備綠色照明綠色照明和節能通信兩個優點。此外，處于可見光頻段的光波對人體無傷害，可以保證長時間通信下對用戶的環保安全，屬于綠色節能環保通信。

三、可見光通迅技術發展方向

近年來，新加坡國立大學科學家研發出節能的超薄發光二極管LED，對下一代通訊技術而言，將電訊號（Electrical）完整地轉換成光訊號（Optical Signals）相當重要，若欲傳輸大量訊息則需將節能、高速的LED整合在芯片上。

由于二維結構的類石墨烯只有碳原子厚度、具有明確發光性質而且能夠放置于微芯片上，成為近年來相當受歡迎的半導體材料。目前已有研究團隊利用類石墨烯材料制作出 LED，然而電轉光效應僅有部分電流會轉換成光，大部分則轉換為熱能消散，要實現 LED的高效率仍是一大挑戰。

研究顯示，幾奈米厚的絕緣層就可以抑制電流泄漏，不需要額外增加電阻。團隊透過使用極薄的絕緣體，大幅減少觸發LED光所需的電流，比二維半導體LED減少10，000倍的電流。

四、總結

可見光通迅具有不占用頻譜資源、發射功率高、無處不在、無電磁干擾、節約能源等優點，已成為通信領域新的增長點，具有極大的發展前景。但要真正實現室內超高速光無線數據通信，還要面對元器件的研制、調制解調和編解碼技術、無線信道傳輸和復用技術、通信體制和架構的設計等相關技術進一步研發實用。市場應用需求是新技術發展的最有效的驅動力，伴隨著市場需求的進一步加大，可見光通迅技術的發展空間必定會越來越大！

參考文獻：

• 亓沂濱，陳津.基于led的光通信系統的設計與實現[J].電子技術與軟件工程，2016（14）：51-52.