【紫外可见光分光光度计】可见光通信究竟是个什么鬼?

据好奇心日报报道,最近经工信部测试认证,中国“可见光通信系统关键技术研究”近日获得重大突破,实时通信速率提高至50Gbps,相当于0.2秒即可完成一部高清电影的下载。专家表示,光通信技术可有效突破无线电频谱资源严重匮乏的困局,是具有广阔应用前景的下一代无线通信技术之一,可形成万亿级年产值的战略性新兴产业。那么这个“可见光通信”是个什么东东?除了下电影还能干点啥?

开着灯,手机便能有电能打电话和上网,这听起来很酷炫,但这项超前的技术一直都在实验室环境当中发生,对于普通人来说,这个项目还有多久走出实验室,会让我们的生活产生什么样的变化?

光究竟是怎样传输信息的?

早在 2004 年,IEEE 杂志上就有论文解释通过发光二极管(也就是 LED 灯管)提供无线网络连接的方法,具体的原理是这样的:

LED 灯本来就是一个半导体芯片,跟传统的灯丝是不一样的是,芯片可以特别快地开关,例如使用交流电的灯是 60 赫兹,人类眼球无法识别灯光闪动。在一开一关的时候,光就有方波了,经过调制就可以传信息了,跟我们平常使用的电话的无线电通讯无异。

目前全球的多所大学都有相关的研究项目,他们大多数都在实验室进行。在 2012 年,通讯业杂志 IEEE 上就曾经发表一篇让可见光传输速率达到 96 Mb/s 的论文。到 2013 年年底,上海复旦大学的实验室里已经可以让光一盏功率为 1W 的 LED 灯珠,提供灯光下的 4 台电脑上网,最高速率可达 3.25 Gbp 每秒,平均上网速率达到 150Mb 每秒。

微软亚研早前也在做这方面的研究。和实验室将把光到设备的传输速率拉峰值极限的尝试不太一样,想要研究这种技术在普通电子设备上的可能性,于是他的团队就在淘宝买了便宜的 LCD 面板,几块钱的太阳能电池板、电路板和可以进行试验。

目前,沈国斌的团队研究了如何用逆向反射器(Retro-Reflector),其实就是一种反光镜,将光线原路反射回到 LED 灯上,形成了LED 和电子设备间相互通讯。他们已经能做到,在灯光 1 兆的开关频率之下,从灯光到设备的下行速度达到 10 kb/s,而从设备反光的上行速度达到 0.5 kb/s。

在微软的亚洲研发中心,我们看到了这个用价格低廉的组件做成的试验品:不需要充电线,也没有 Wi-Fi 信号,只有一块装有 LCD 屏幕、反射镜和太阳能板的类似手机大小的设备。点亮 LED 灯泡的手电筒直射,设备便亮起来,并且开始传输数据。LED 灯变成了一个普通设备的能量源和信息源。

智能交通路牌、无需充电的物联网设备

试试想象这样的场景——车灯照到了路边的路牌,路牌马上可以给车辆导航仪传输附近的路况,告诉你到达目的地最通畅的道路;早上起来一开灯,空气检测仪就能会告诉你室外的空气质量、温度和湿度如何,而这检测仪的显示屏就一直挂在床头,不需要充电,也不需要连接 Wi-Fi 或者蓝牙。

图片来源:Wikipedia

Flickr: Highways England(下同)

微软亚研的沈国斌博士告诉记者,智能的路牌、不需要充电的物联网设备上述可能就是他们认为的可见光通讯的未来的样子。听起来很美,但现在依然停留在理论阶段。“我们第一个思路就是想去和产品部门讨论,看看这个东西有没有可能放到微软的大的产品蓝图里面去,无论是我们设计,还是我们的想法,只要他们能够接受,我们就会很高兴。”

但要实现这些其实并不容易,需要推出改造好的 LED 灯具,还需要推出有逆向发射器的电子产品同时推向市场售卖。而对于一个公司来说,光是从技术到产品,需要配合的相关团队有太多。

研究和产品之间的距离有多远?

1880 年,加拿大发明家亚历山大·贝尔发现了一个有趣的玩法:通过调节光束的变化,传递语音信号,可以进行双方无线对话——这就是人类第一次实现无线电话,利用的就是可见光通讯。贝尔为此发明申请专利的时候,连电力都没有出现,他也认为这“光电话”没有任何实用价值。

事实上,无论是什么科研项目,在一个做产品的企业,产品部门依然是主导。产品部门有一些问题待解决的时候,根据此开发的技术是很快可以用到产品之上,而没有相关的产品计划的时候,将基础研究成果转化成产品十分有难度。

“这种情况下,研究院的任务就是把这些很酷的技术通过发论文或者是内部的 demo 让产品部门了解,希望他们在下一次做产品计划的时候会考虑这个技术。”沈国斌这么说。