2010年7月31日 星期六

LED點亮下一代無線通訊

隨著業界準備朝高功率 LED 的固態照明(SSL)方向發展,一些較具遠見的工程師們腦海中也浮現一種更大膽的創新思維。他們建議:為何不採用一種速度快到讓人眼無法辨識的 LED 切換方式,以便使其也能用於傳送數據?
這個建議就是可見光通訊(VLC)的理論基礎。在先進的技術支援下,每一種新的 LED 燈具也能以有線方式接取骨幹網路,使室內任何設備實現無所不在的無線通訊,而且不至於增加原已擁擠不堪的射頻頻寬負擔。許多業界、標準組織和得到政府大力資助的計劃都開始研發可見光通訊。可見光通訊的前景十分廣闊,因為傳統照明市場規模達數兆美元,而且市場過渡到固態照明應用也已經展開。根據Strategies Unlimited公司預測,今年 LED 照明市場將超過10億美元,到了2014年還可望成長到大約73億美元。

當然,固態照明的重點在於降低溫室氣體排放,因為 LED 燈的功耗比目前的標準照明產品更低很多。同時,巨大的市場商機幾乎已經激起了每家主要電子研究組織投入可見光通訊應用的興趣與研發。

大多數可見光通訊應用並不在於取代其它無線技術,如藍牙、 Wi-Fi 、 WiMax 和 LTE ,其應用目標是目前射頻(RF)無線通訊無法妥善提供服務的場合,如醫院和飛機等應用中,射頻可能干擾到攸關生命的設備訊號;在機器人應用中, VLC 可以使用頭燈中的虛擬路標進行導航以傳送郵件;或是在電子看板應用中,當手機照相機指向它時,透過 VLC 可提供更多的資訊。

日本的可見光通訊聯盟成員包括卡西歐(Casio)、 NEC 、松下電氣(Panasonic)、三星(Samsung)、夏普(Sharp)、東芝(Toshiba)與NTT Docomo等電信廠商,該聯盟正致力於推動 IEEE 802.15 無線個人區域網路(WPAN)標準委員會增加‘.7’的計劃,以期將可見光通訊提升到與RF和紅外線相同的無線狀態。

802.15.7委員會才剛由其工作小組批准了無線 VLC 標準的草案版本,“但我們仍有許多問題尚待解決。”英特爾實驗室(Intel Labs)科學家兼 IEEE 802.15.7 委員會技術編輯Rick Roberts指出。

“讓 IEEE 感到興趣的原因是 LED 的發展普及。目前的 LED 技術主要用於照明,但如果也能應用在無線市場中,從以往的經驗就可知道還必須為其互通作業性進行標準化。”Roberts表示,“我們的標準化工作始於2008年,並可望於明年完成標準的定稿。”

據Roberts介紹, 802.15.7 委員會的首要任務是推動照明第一、通訊第二的標準。“可見光通訊是能用肉眼看到的唯一一種‘無線通訊’訊號,因此不至於受到阻礙。”他指出,“例如,可見光通訊並不適合遙控的方式,因為人們通常在光線較暗的室內看電視,你總不希望看到遙控器發出閃爍的光線吧?採用 LED 進行通訊就不會造成光線閃爍,而且可見光通訊必須適應人們平常使用照明光源的方式,例如光線調節。”

VLC開發更多創意應用
可見光通訊可望帶來一系列的嶄新應用,雖然以 Wi-Fi 或紅外線的方式也能實現最終目的,但透過可見光的方式會更加方便或更安全。例如,與相鄰RF訊號之間的互相干擾可能會限制Wi-Fi的使用,而可見光基本上並不存在干擾的問題;相鄰光束可以交相通過,只要彼此目的地不同就可以了。此外,有些地方出於安全的考量而禁止使用 RF 通訊,例如醫院和飛機上。可見光通訊在這些場合中就是一種理想的替代方案,因為 LED 照明早已在使用中,而且可見光通訊又不會干擾到傳送重要任務的系統訊號。同時,可見光通訊也具有較高的資料量。

“可見光通訊能夠實現各種類型的新應用,”Roberts表示,“我特別喜歡智慧化 LED 廣告看板──平常它可能會顯示‘歡迎光臨Joe餐廳’,但如果你拿出行動設備並指向這個看板時,還能下載到更多的資訊,例如這家餐館的地址、菜單甚至優惠卷等。你必須施展你的想像力,那麼就可能看到許多更新的潛在應用。”

三星公司正以其搭載 LED 背光LCD 平面顯示器來試驗可見光通訊,以便使未來的收視用戶能夠下載從產品資訊到網站位址等所有相關資訊。“我們深信 LCD 背光通訊會是可見光通訊的絕佳應用之一,因為 LCD 背光應用正開始改採 LED 背光。”三星公司 LCD 業務部副總裁Scott Birnbaum表示。




圖1:就像煞車燈‘告訴’司機要停車一樣,VLC可為引擎控制單元發送相同的消息,以避免碰撞。





















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