昨天见很多媒体报道海南热带海洋学院致力研究可见光通信系统”,即海南热带海洋学院学生获奖项目实现“利用灯光就可以上网”。

这几年关注的东西少,懒得理的极多。但这个倒是有几分新奇。虽然大概看了一下后知道复旦和中科院等在2010年和2013年已研制出来,特别是复旦自己设制的集成芯片已做了几代已是较微型化(当然不仅离实用还有非常远的距离且根本还不能上传数据等,其瓶颈就出在芯片)。这本也应在情理中,特别是琼大的状况和各方面条件使得不是只比人家迟一步、低一头、落后几个档次,尽管状况如此,但学生想要生存也只有努力了。可对于这样的状况,实在不能对学生苛求更多。他们已为此努力做了很长一段时间。

关于可见光通信,这里说光本是比无线电波的频率稍微更快而波长更短的电磁波,那用它做信息的载体这是很自然的想法,但也许因它在这方面也有一些不足的特性才使得人们以前少往这方面去想。

如此,想更多更细析其长短特性,但因没心情,就先主要摘以前我身边已有的中国“光纤通信之父”赵梓森院士等的《光纤通信工程》的相关关键内容,如它说:光发送机、光纤光缆和光接收机是数字光纤通信系统中的三大组成部分。下面就简单说下其中2部分,也因光纤光缆既不属研究者用者设计也与灯光上网”没有关系(灯光上网是利用可见光波段的光作为信息载体无需光纤等有线信道的传输介质,在空气中直接传输光信号的通信方式,即通过给普通的LED灯加装微芯片,就能使LED灯以极快的速度闪烁,从而利用LED发送数据)。也如这些学生主要做的是“将视频采集模块插到电脑上(接收机),然后将模拟摄像头连接到发送机上”。

 

1、发光二极管(LED

 既是“利用灯光就可以上网”,那这个灯光就是关键器件,并肯定具有一定要求。确实,它首先是发光二极管(一种能够将电能转化为可见光的固态的半导体材料芯片照明灯光。其实,它在可见光通信”中应归属于下面2光发送机的最主要器件。也如赵梓森院士1987年初版主编的1千多页的《光纤通信工程》说“作为光源,可以采用半导体激光二极管(也称半导体激光器)、半导体发光二极管、固体激光器、气体激光器等,但对光纤通信工程来说,除了少数测试设备与工程仪表之外,几乎无例外地采用半导体激光器、半导体发光二极管(LED)”。“光纤通信专用采用半导体发光二极管的特点是高亮度、高响应速度”。“发光二极管与半导体激光器相比,因为它发射的不是激光,所以输出功率较小,发射角较大,与光纤的藕合效率较低(藕合效率小于5%,激光二极管LD的藕合效率大于50%我也早就有的张煦院士的专著《光纤通信系统》列出这2种光发送机的更多典型规范)。其优点是:发光二极管寿命较长,受温度影响较小不,输出光功率与注入电流的线性关系较好,价格低廉、使用方便。另外,驱动电路较简单,不存在模式噪声等问题”(中国量子通信技术、5G等通信领域都已成为世界先驱,如此,被称为中国通信奠基人张煦院士的意义因而更非凡;当然,光纤还有其不可替代性“中国光纤之父”赵梓森:5G、6G无法取代光纤通信,光纤至少还要用2000

2、光发送机

 中国“光纤通信之父”赵梓森院士等的《光纤通信工程》说“光发送机是数字光纤通信系统中的三大组成部分(光发送机、光纤光缆和光接收机)之一。其功能是将电脉冲信号变换成光脉冲信号,并以数字光纤通信系统传输性能所要求的光脉冲信号波形从光源器件组件的尾纤发射出去。光源发出的光可以看作是光频载波,通过调制,使其载荷信息,一般采用直接强度调制的方式”。“光发送机,主要由整形或码型变换器、光源驱动电路和发射光源组成。”。“光发送机依靠光源器件---激光器、发光二极管将电脉冲信号变换成光脉冲信号,因此光源器件是光发送机的核心部件”。而“相比于LD驱动电路这光源驱动电路,LED驱动电路又比较简单。因为LED驱动电路是利用其有源区中自发辐射的器件,只要给它加上电流,就会发出荧光。同时,LED具有较好的输出功率随工作电流呈线性变化的特点”。“LED的另一个基本特征是在其工作电流保持不变的情况下,其输出光功率随温度的升高而下降的幅度不大,在室温升高到100°C的范围内,输出光功率下降不超过50%。这一点变化通常在系统设计中就会考到,是能容忍的。因此,LED驱动电路比较容易满足发送光功率稳定度的要求”。“鉴于LED的驱动电路比较简单,同时LED器件的成本低,寿命长,这样使得LED在数字光纤通信系统中得到适当的应用。然而,由于LED器件的输出光功率比较小,光束发散角大,入纤功率小,限制了数字光纤通信的中继距离。又由于LED的谱线宽度大以及其调速率与输出功率的茅盾,这些也就决定了LED只能应用在低速短距离和小容量的数字光纤通信系统中”

    中国通信奠基人(通信很广-靠一个人奠基肯定不实-因此其本意是主要奠基人)1940年获得哈佛大学博士学位张煦院士1987年出版的《光纤通信工程》说“理想的光发送机分系统将把输入的电信号转换为输出光功率,有相同的波形,如输入电压为m(t)(V),输出光功率p(t)(W): p(t)= R[b+gm(t)],其中bg选择得使p(t)总是正值。我们对光发送机分系统的设计的研究,也是考它的输入---输出特性”。如在许多应用中,可以认为光发送机光源的总输出功率是一个参数,但在如典型的发光二极管LED因发光的波谱宽度约为中心波长的5%,因此必须考光源的波谱S(l)含量。假设这光源总输出功率沿光纤传播,传播时延依赖于波长,即d(l)。暂时不计光纤衰弱,光源输出脉冲的根均方宽度ss2= ò(l- ls)2S(l)dl/ òS(l)dl求之,其中ls= òlS(l)dl/ òS(l)dl,从各波长的输出取积分,求得光纤输出功率的时间函数如下:

pt0(t)= òS(l)(1/(Ö(2p)s))exp{(-[t- d(l)]2)/(2s2)}dl

3、光接收机

 张煦院士1987年的《光纤通信系统》说“光接收机的作用,是把光功率转换为电信号”,并把传输后衰减变形的微弱光脉冲信号给予足够的放大、均衡与定时再生还原成为标准的数字脉冲信号。赵梓森院士等的《光纤通信工程》分别对组成光接收机的光捡测器、前置放大器、主放大器、自动增益控制电路、均衡与时钟提取及判决电路分别各用一节讲解,当然在具体项目中会根据要求而取舍。这部分就是科普出来也较杂且只有引起对本主题的疲劳,我也实在没心情,想了解的看书就行

 

 即若感兴趣、有心情和时间,只想大概了解的就多看网上的Visible Light Communication可见光通信等一些概念。要进一步认识的必应多看专利、论文和相关的书籍等。这样的工作,更多地动手更是必不可少。当然,能有机会去跟随居于领先或已取得极大成功的人学习的可权衡是否要及早行之。  本项目也属无线通信-刚见在清华从本科读到博士又在北大做博士后接着在华为12年的杨学志的5G创新的博客/微博等叫卖他的无线通信5G核心技术--在中国做技术的常常不是败给自己,这门必修课更是上不完,只有待到你差不多失去信心不信初心厌恶初心或混迹官场以其人之道还治其人之身以毁国家民族才有可能毕业

 

一些可参考的相关资料如本网的信息通信、图论信息安全、离散密码学通信网络3G4G与互连网、网络编码、无线S数据传输智能海洋通信、与通信相关的海南琼大曾世界领先的组合数以及某些通信先驱和著作等,更多信息也可看中国通信学会--就如在这里最后的会议部分的海南琼州大学是主席的第一个信息通信技术会议的部分优秀论文就由中国通信学会的第一杂志《中国通信》出版