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飞机上,我们上网浏览网页、看视频、开视频会议;办公室里,连接电脑、打印机、复印机的网线都消失了;公路上,当遇到特殊情况的时候,汽车自动将信息传递给后面的车辆,实现室外卫星GPS/BD2与室内VLC定位的无缝定位服务;在街头路灯下下载电影……
这一切在未来能够实现吗?答案是:能!半导体照明通信技术的出现,为这些异想天开提供了技术支持。
在中国工程院院士、中国人民信息工程大学校长邬江兴看来,照明与通信的融合,将催生出一种新型的网络架构,而且引发照明、通信这些传统行业的商业模式的变革(见图1)。
照明作为一种几乎不可或缺的重要需求,始终与人类活动紧密耦合,伴随着人类活动空间的拓展而自然延伸。自爱迪生发明电灯以来,人类已经有200年的电照明历史。而今,绿色照明的呼声渐强,重挫着传统照明产业,世界各国也都制定了淘汰白炽灯的时间表。在我国,15瓦以上的普通照明将于2016年10月1日正式退出历史的洪流。有美国企业预测,到2014年全球的LED照明市场有望增长到100亿美元。
与白炽灯相比,LED集聚了CO2排放量低、效率快、寿命长和响应时间短等前任所无法超越的特点。邬江兴院士指出,LED快速响应特性,使得LED在照明的同时进行高速通信成为可能――可见光通信技术(VLC)应运而生。
可见光通信技术是指利用可见光波段的光作为信息载体,不使用光纤等有线信道的传输介质,而在空气中直接传输光信号的通信方式。可见光通信技术的出现使无处不在的照明设备可以承担起无线路由器、通信机载、网络接入点或者室内GPS卫星的功能。
“这就意味着,往后每一盏灯都有可能成为我们的信息接入点,都可能是一个无线。”邬江兴院士解释道,这项技术是借助绿色照明的优势,实现了实时网络通信,具有高速、泛在化、健康、节能、安全、经济等诸多优势,并得到了业界关注与研究。而且该技术应该说是第一次实现了人类的活动空间、照明空间和通信空间的高度统一。可见光通信把这三个空间关联了起来,人们不用担心它的辐射对人体有没有健康伤害。
照明与通信的融合
照明与通信的融合,使得频率资源与宽带通信需求矛盾更加突出,基站建设诉求也越来越高,同时催生了新型网络架构、信息灯泡和新型商业模式。
CISCO预测,到2015年网络数据量将超越现有的无线频率资源承受能力。中国人口基数大,居住密度高,频率资源与宽带通信需求矛盾更加突出。以上海为例,2015年上海人口密度达到了每平方公里300多人,宽带矛盾突出,可见光通信将带来更高的带宽覆盖。英国一位名叫哈斯的教授曾表示,可见光通信技术可以带来高达1Gbps的数据传入,只需在一个灯泡下完成。
邬江兴院士指出,除了广阔频谱资源以外,照明网络还可以为通信网络提供数量巨大的网络接入设备。据统计,全世界现有300亿室内照明设备,室外有140亿照明用灯。按照可见光通信的推论,这400多亿的灯都可以变成通信基站,变成可见光通信基站,无论是潜在的室内高速接入基站,还是潜在的室外可见光基站。现在全球所有移动通信加起来的基站仍不足1.2亿,与400多亿这个数字相比,差距很大。
此外,据统计,80%的人主要关心20%的信息。可见光具有高速传输和广阔覆盖的特点,我们可以用它实现不间断的循环广播融入,这样大量的广播信息网如果和互联网融合起来,会是怎样?
“我们可以大胆想象,可见光与通信融合还将催生出一种新型的网络架构。”邬江兴院士抛出问题:“互联网对于点对点的通信是非常好的,但对广播非常低。两者结合以后,会出现什么样?使互联网成为怎样的形态?我觉得给了我们科技界和产业界足够想象空间。”
照明与通信的融合还将促使照明业变革,灯泡不再是白炽灯期间的灯泡,而是新一代的信息灯泡。信息灯泡里附加了无线路由器的功能。根据2009年我国人均照明用量293千瓦测算,普通5口家庭计算照明LED节电效率80%,照明电费每千瓦时0.6元,每年省下的电费是703.2元钱。假如信息灯泡被普遍使用后,或许这类灯泡不再是在灯具店售卖,而是电力公司或网络公司销售。网络公司的参与,还可能会致使这么一种情况出现:充上网费送信息灯泡。
除此之外,照明与通信的融合将引发照明、通信这些传统行业的商业模式变革。邬江兴表示,传统的通信运营商、电力运营商以及各种设备运营商的模式可能将被打破,商业格局将重新洗牌。照明行业变成最后用信息服务作为它的主营收入。而电力公司可能会成为未来大型的ISP接入服务提供商。比如通过照明网向人们提供免费照明,但需要付费上网。所以照明商也可能成为室内或者是导航业务的服务商。照明与通信的融合以后,将衍生出各种各样的新产品、新的商业模式(见图2)。
可见光通信拓展创意应用空间
1、电力、照明、灯具行业
照明与通信融合后,将产生新的电力、照明灯具行业。新型的电缆、灯具、开关器材,也为电力线通信(PRC)增添无限接入活力。PRC前些年很火爆,但之后冷却了不少,主因是它是有线的,现在增加可见光通信的无线功能,PRC通信将展开新的一页,也就是PRC+VLC。此外,还有送配电服务与信息通信服务融合,电力网成为信息基础设施之一。
2、隐式广告服务业
广告行业有望出现一种基于LED的LCD背光通信的广告服务业。传统的广告可谓显示广告,“广而被告知”,一旦有了基于LED的LCD背光通信时,广告模式变成了“见而自知之”。例如某个女主角的着衣,手机对准屏幕一拍,就可以知晓衣服的品牌和销售来源等信息。未来,广告付费途径也革新了,商家广告不一定付费给电视台,而是给新产生的影视广告业。
3、室内定位服务
城市化进程快速推进,巨大建筑物,例如大型商场、超市、写字楼、地下停车场、机场等日益增多,人们对室内定位需求也日益迫切。而现在,人们80%的时间是在室内活动,意味着80%的时间我们都可能在灯光下工作、生活,定位服务的需求便从室外延伸到了室内,可见光室内定位系统预计将具有规模庞大的潜在市场。此外,2012年手机GPS市场规模达到了数千亿美元,因此定位业务将成为手机业务中的第二大业务,室内可以用VLC实现无缝定位。
4、可视化安全支付
据统计,手机支付用户逐年上升,在今年淘宝网的“双11”活动中,手机支付宝交易额突破9.4亿。但传统通信方式在提供便捷支付的同时,无线电波的发射可能会给用户带来信息泄漏的潜在危险,而可见光通信无疑可以提供更为安全的支付方式。手机的LED灯照射收款机可以使得整个交易在可视的情况下进行,称之为可视化放心支付。
只要有了照明设备,可见光通信的美好前景无处不在。但目前还存在着各种技术挑战,像宽带利用率、系统集成、作用距离、覆盖范围、成本、方向对准等,需要在技术上加以突破和解决。一旦实用化,将促进传统产业升级,催生新兴产业,变革商业模式和繁荣服务行业。