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：為何不采用一種速度快到讓人眼無法辨識的 LED 切換方式，以便使其也能用于傳送數據？

    這個建議就是可見光通訊(VLC)的理論基礎。在先進的技術支持下，每一種新的 LED 燈具也能以有線方式接取骨干網絡，使室內任何設備實現無所不在的無線通訊，而且不至于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�？梢姽馔ㄓ嵉那熬笆�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，固態照明的重點在于降低溫室氣體排放，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并不在于取代其它無線技術，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 可提供更多的信息。

    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，該聯盟正致力于推動 IEEE 802.15 無線個人局域網絡(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準了無線 VLC 標準的草案版本，“但我們仍有許多問題尚待解決�！庇⑻貭枌嶒炇�(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 技術主要用于照明，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于2008年，并可望于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，因此不至于受到阻礙。”他指出，“例如，可見光通訊并不適合遙控的方式，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？采用 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，而可見光基本上并不存在干擾的問題；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，有些地方出于安全的考量而禁止使用 RF 通訊，例如醫院和飛機上�？梢姽馔ㄓ嵲谶@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，“我特別喜歡智能化 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并指向這個看板時，還能下載到更多的信息，例如這家餐館的地址、菜單甚至優惠卷等。你必須施展你的想象力，那么就可能看到許多更新的潛在應用�！�

    三星公司正以其搭載 LED 背光的 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信息到網站地址等所有相關信息。“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 背光應用正開始改采 LED 背光�！比�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。

    就像IEEE在2008年開始進行其標準化計劃一樣，美國國家科學基金會(National Science Foundation；NSF)也看中了‘這道光’的發展潛力，因其而在其旗下的智能照明工程研究中心(ERC)計劃中增加了VLC研究計畫。

    智能照明 ERC 是一項斥資1,850萬美元的10年期計劃，涉及多所大學的30多位研究人員，包括壬色列理工學院(RPI)、波士頓大學(BU)和新墨西哥大學(UNM)。“由于整個社會正朝向固態照明發展，我們認為透過 LED 光將能實現所有的應用�！盤RI學院教授兼智能照明研究中心總監Robert Karlicek表示，“我們想知道以前認為永遠不可能的事中，有哪些事是我們現在能做的？我們還得判斷必須制作什么樣的設備，以及采用哪一類的系統架構，才能夠實現一個先進照明系統的更多功能�！�

    Karlicek希望能使得照明系統的照明功能也變得更加智能化，其方法是利用可見光通訊為照明系統本身增加環境參數。“我們想知道采用 LED 還能做什么事，以便為此開發社群提供更多的價值與新機會�！彼�指出，“舉例來說，我能想象室內照明器具開的相互間通訊──從一盞燈到另一盞燈，利用低速率訊號而使得色彩標準化，并提供均勻一致的光線。”

    智能照明 ERC 研究人員正尋求控制 LED 照明的所有方面，包括顏色、密度、能源使用、極化和調整，以便形成新的應。這些新應用范圍包括從使用固態照明到提供數據通訊，以便控制生理周期的律動，或在每天的固定時間提供最健康的光照形式。ERC并正研究可見光在生物感測、醫療診斷與治療方面的用途。

    參與智能照明 ERC 計畫的波士頓大學專注于為特殊場合使用可見光通訊，以實現傳統的數據通訊，例如在飛機上�？梢姽馔ㄓ嵞軌蚶�用多個獨立的平行數據連接，例如來自不同視線的連接，或在相同視線上利用多種不同頻率的可見光。如此一來，觀賞同一部電影的每個人都能共享共同的廣播電視聯機，或者將各自獨立的數據串流饋送至播放不同電影的各種設備中。

    在制造廠房中，同樣的功能可使行動機器人使用可見光通訊巡視倉庫，他們可以利用頭燈來確認所處的位置，彼此之間還能直接通訊以避免碰撞。同樣地，汽車可以透過讀取由交通號志廣播的坐標保持正確的行駛方向。汽車與汽車之間采用可見光通訊還有助于避免碰撞，并且防止交通擁塞。

    圖2：同時應用LED燈于照明和通訊，將有助于實現普適運算，在室內的每個設備可分別使用不同的數據串流。

    圖3：目前無線網絡的部署使用Wi-Fi，它必須依賴于網絡電纜和接取點，但未來的系統可以利用現有的有線基礎設備將數據傳送至LED燈，以實現無所不在的新接取點。

    圖4：在機場使用LED通訊可以減少地面碰撞，因為LED可以在機場照明基礎設備、地面車輛和飛機之間提供訊號。

    實現VLC之路

    波士頓大學教授Thomas Little是智能照明中心的主要研究員與副總監，他正嘗試采用不同的調變機制，包括使用標準二進制編碼的編碼器、非歸零(NRZ)編碼器、脈沖編碼調變以及脈沖密度調變。據他宣稱，只要傳輸數據速率大于900kHz，這些方案在運作時都不會產生閃爍光。Little帶領的研究小組也正探索，透過反射訊號但不能產生互調干擾的方法，如何在缺乏直接視線的情況下可靠地收發訊號。

    “我們希望使得網絡的安裝就像加裝燈泡一樣容易�！盠ittle表示。截至目前為止，Little的實驗室已經完成了40多款原型，這些原型目前正在一些業界合作伙伴處進行評估。

    波士頓大學的智能照明實驗室已經建立了多款展示裝置，用以展示如何使燈具同時具備照明功能和數據通訊功能。例如，透過 LED 調變由以太網絡建置的數據訊號，可使硬線以太網絡訊號從一盞燈具路由至另一盞燈具。

    “我們想要解決的問題是如何以很低的成本提供較高的數據速率，而使可見光通訊能夠成為照明基礎架構的一部份�！盠ittle表示。

    只要在設備中安裝 LED 發射器，從用戶設備(如智能手機或筆記型計算機)到以太網絡集線器的訊號就可以透過可見光來實現。但Wi-Fi仍適用于到以太網絡集線器的回傳訊號，并且也具有相同的優勢，因為來自用戶設備(例如經由按鍵)的回傳訊號通常是低頻的訊號。

    此外，新墨西哥大學正專注于研究創新的設備架構──致力于提升效率和 LED 開關速度的方法，以便達到 GHz 級的頻寬。到目前為止，新墨西哥大學教授Steve Hersee已經發明了一種制造奈米線 LED 的可擴展制程。該技術架構已有很大的改善，特別是其中由上百萬條奈米線組成的垂直列將作為發射器。新墨西哥大學準備將該技術授權給產業界，使其可采用與傳統LED相同的材料來大量生產奈米線 LED 。

    “我們使用相同的氮化鎵材料，但相較于一般 LED 中所有層都平置在水平面的作法，他們將采用同軸的方式纏繞在中央奈米線四周，使得組件具有更高的效率，并使其能以更高的速率進行調整�！癏ersee指出，“這將使固態照明發生根本的變化。奈米線可說是零缺陷，而傳統 LED 中使用的傳統水平氮化鎵薄膜則每平方公分中就有數百萬個缺陷�！�

    奈米線寬度從100nm到500nm不等，在基板上的垂直列中可以生長到5至10um高。第一款原型產品最近才制造完成，但新墨西哥大學預計在今年年底前會有更多的公司取得授權。

    NSF將在今年7月于 RPI 學院贊助一場研究展示會，屆時將評估研究的最新進展，以及為2011年所擘劃的新里程碑。NSF計劃將在2018年完成，NSF希望屆時就能擁有智能照明標準和技術，讓每個新興固態照明裝置都能像可見光通訊集線器一樣實現雙重任務。

    “既然我們能夠實現 LED 照明，我們還希望將它應用在照明以外的其它用途�！盚ersee指出。