LED可見光通訊技術 班級:微電三甲 學號:4A23A903 姓名:黃敏誠

可見光通訊(Visible Light Communication) 可見光通訊（英語：Visible Light Communications，縮寫為VLC），是一種無線通訊技術，是利用螢光燈或發光二極體（LED）等物體發出的明暗閃爍信號來實現信息傳輸的通信技術，可見光的頻率介於400 THz（波長780 nm）至800 THz （波長375 nm）之間。使用普通的日光燈時，它的傳輸能力為 10 kbit/s。使用 LED燈時，則可以到達 500 Mbit/s。傳輸距離則可以到達 1-2 公里。它最大的特色是可以結合固態照明技術。 可見光通訊可以應用於光照上網、可見光點播電視業務、可見光新型無線廣播、可見光精確定位等領域。 歷史 這個技術最早在2003年，由日本慶應大學的實驗室實作出來。 目前，可見光通訊研究者，主要以白光LED傳輸，每秒傳輸速率最高為1Gbit，傳輸距離約5公尺。2014年，台北科技大學光電工程系教授呂海涵以紅光雷射光進行傳輸研究，達到每秒傳輸速率10Gbit，傳輸距離遠至17.5公尺，為全球首位用紅光雷射光建構超高速可見光通訊的研究者。 中國人民解放軍信息工程大學是中國國家863計劃可見光通信項目牽頭單位，2015年11月，經工業和信息化部測試認證，該校「可見光通信系統」實時通信速率提高至50Gbps（比特每秒）。 標準 目前推動這個技術的主要組織是可見光通訊聯盟，成員包括卡西歐、 NEC 、松下電器、三星、夏普、東芝與NTT Docomo等電信廠商。他們正致力於推動 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。 他們組成了802.15.7可見光通訊工作小組（IEEE 802.15.7 Visible Light Communication Task Group）,已經提出他們的標準草案。[1]

圖一、LED 可見光通訊整合照明與無線通訊兩大優點。[2] 在發光二極體( Light-Emitting Diode, LED )的製程技術逐漸進步，LED 的 普及率 也日漸高升，日常生活中很難不看見 LED，像是一般室內照明、交通燈、電子儀 器的光源，因此若能賦予照明之外的應用，相信更能提升其競爭力。其中 一個可 能性便是用於通訊，可見光通訊( Visible Light Communication, VLC ) 此技術的 概念便是利用 LED 作為發射源，在發光照明之餘能夠同時在自由空間中傳輸資料， 藉此整合照明與無線通訊兩優點的光通訊技術，如圖一所示。 圖一、LED 可見光通訊整合照明與無線通訊兩大優點。[2]

VLC 的概念實際上如利用遙控器對電視轉台一樣，VLC 的概念可以想成是把紅外線換 成可見光罷了。但和現在的主流無線通訊技術：射頻電波 ( Radio Frequency, RF )， 未甚麼還需要 VLC 這技術呢？和射頻電波相比，VLC 較偏向於 短程的通訊，但 VLC 也具有一般射頻電波通訊所沒有的特性。首先是安全性，VLC 發射源本身就是我們一 般戶外家庭隨處可見的照明燈源，從安全性考量來說對人 體幾乎是無害的。再來從電 磁波頻段上來看射頻電波使用頻段為 3KHz 至 300GHz，頻帶本身具有使用規範並且 一般為了降低損耗而操作在高頻，因此具有 對部分儀器會具有電磁干擾，在這點來說 VLC 波段為可見光波段 380~730 nm 且 不會對儀器產生干擾，可以在一些特殊場合上 支援射頻電波，像是醫院體系的儀 器控制。因此目前工研院與輔大醫院（及其合作醫 院）預計共同合作並建置 LED 可見光通訊系統，目標將於輔大醫院內首先建置一 LED VLC 通訊應用平台。最後 從光本身的物理特性上來說 VLC 本身是基於光照下來傳遞 資料，也就如前面所比 喻的：搖控器要對著電視，否則會收不到訊號，因此指向性很 高，且具有資料保 密性，可以自行選擇我們的資訊能夠被接收到的範圍也就是光照的 範圍。以上 VLC 所具有的功能和射頻電波系統有所區別，當用戶有不同於射頻電波系 統的需求時 VLC 系統會是一個可發展的技術。 這裡簡介一些已經提出過 VLC 的技術，像是基本的室內無線通訊，例如在光 纖接取 到家後，轉由室內 VLC 系統繼續傳遞資訊，搭配合適的照明安排以及調變 格式便可 提供保密安全的室內無線通訊環境；另外對於少量資訊傳輸 VLC 也可搭 配交通號誌 燈，如圖二所示，即時提供一地區內天氣、路況以及定位等資訊。而 VLC 目前也有應 用於賣場的實例，像是提供商品資訊、賣場方向指示等服務，以 上這些技術皆不會和 原有射頻電波系統有所衝突，也就是說 VLC 可以視為另一種 支援射頻電波系統的好 辦法。

圖二、VLC 可搭配交通號誌燈，即時提供地區內路況以及定位等資訊。 目前 VLC 的發展主要還是用於單向傳輸為主，以及有些須克服的問題，像是 要選用 甚麼方式的回傳、LED 本身的頻率響應的提升、收光對準、傳輸速率和品 質的提升、 移動性，以及外加光源干擾等問題可以討論，本實驗室就提升 LED 本 身的頻率響應 提出過幾種解決方案，能把 LED 頻率響應提升好幾十倍。本 實驗室也提出使用適當 的調變格式如 Manchester code和正交分頻多工 (Orthogonal frequency division multiplexing, OFDM) ，如圖三所示，藉 由其解調頻譜的特性來降低低頻的環境光源 的影響，因此提升其傳輸品質等。

圖三、藉由解調頻譜的特性來降低低頻的環境光源的影響，因此提升其傳輸品質 等

圖四、藉由複數個 LED 光源的 VLC 系統來作定位。 近來實驗室的研究則探討利用數位訊號處理來搭配 VLC 本身的特性以提供不 同 的應用面，像是藉由複數個 LED 光源的 VLC 系統來作定位，利用 multiple-input multiple output (MIMO)的方式搭配數學模型可以算出接受器的位址來定位，如 圖四所示。 圖四、藉由複數個 LED 光源的 VLC 系統來作定位。

另外也有利用正交分頻多工調變格式來達成多重存取以及空間分配的優化以 化提升系統 的穩定性，如圖五所示。此技術的概念主要是利用 OFDM 本身子載波 的頻段分配並且配 合地區的光場強度來調整使用頻段，藉此來達成整體傳輸量最 大、區域間誤碼率表現均 勻並且區域和區域間不會互相干擾等特性。 圖五、利用正交分頻多工調變格式來達成多重存取以及空間分配的優化以化提升系統的穩定 性。[3]

結論 LED可見光通訊的發明，他是利用螢光燈或發光二極體這種可以發出明 亮閃爍的信號來傳輸的通信技術，而使用不同種的燈光，也有不一樣的 效果，使用LED時他的傳輸距離可以達到2公里之遠，而使用日光燈時它 的傳輸能力為 10 kbit/s，可見光通訊的應有光照上網、可見光點播電 視業務、可見光新型無線廣播、可見光精確定位，可見光不但能整合照 明與無線通訊兩大優點，還有可以使用在一些特殊場合，像是可以利用 交通號誌燈來提供即時的路況，這樣就可有效率的讓人知道現在的路況 的好壞，讓人省時間，希望以後有更多可見光通訊的發明。

參考資料來源 1.https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%8F%AF%E8%A6%8B%E5%85%89%E9%80%9A %E8%A8%8A 2.https://www.google.com.tw/search?q=LED%E5%8F%AF%E8%A6%8B%E5%85%8 9%E9%80%9A%E8%A8%8A%E6%8A%80%E8%A1%93&newwindow=1&rlz=1C1AVNG_e nTW661TW661&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ved=0ahUKEwiJls7djbjJAhWIlJQ KHUQGDlkQ_AUICCgB&biw=1920&bih=979#imgrc=a29sBihHf-dRyM%3A 3.file:///C:/Users/mike/Downloads/LED%E5%8F%AF%E8%A6%8B%E5%85%89%E9 %80%9A%E8%A8%8A%E6%8A%80%E8%A1%93.pdf