1.2 可見光通信的發展歷史

基于白光LED的可見光通信技術，能夠以較低的成本同時實現照明與通信兩大功能，適用于各種接入場景，無電磁干擾，綠色環保。由于VLC技術的這些優點，其一問世就很快獲得了世界各國的關注和支持，從誕生至今的短短十幾年間，VLC技術得到迅猛發展，取得了一個又一個突破性的進展。

日本研究者首先提出了VLC的概念。早在2000年，日本研究者就提出并仿真了利用LED照明燈作為通信基站進行信息無線傳輸的室內通信系統。至此之后，日本的研究者看到了VLC的發展前景，投入了大量精力進行研究。2009年，中川實驗室提出了一種基于載波監聽多路訪問/沖突檢測（CSMA/CD）的全雙工多址接入的可見光通信系統，實現了100Mbit/s的高速通信。為了實現可見光通信的實用化，可見光通信聯盟（VLCC）于2003年在日本成立，并迅速成為國際性組織。目前，日本的VLC技術已經從系統傳輸研究走向了實際應用研究，已經提出了VLC技術在廣告牌、燈塔、定位、智能交通系統等多方面的應用。2008年，在日本九十九里海灘進行了利用燈塔上的LED作為發射機、圖像傳感器作為接收機的可見光通信實驗，實現了可見光通信最遠傳輸距離2000 m，傳輸速率1022 bit/s。2009年，VLCC展出了應用VLC技術的數字廣告牌樣品，該廣告牌利用其背光LED傳輸數據，使用者可以根據需要下載信息。2010年，VLCC與日本交通管理技術協會進行了以圖像傳感器作為接收機、利用LED交通信號燈作為發射機的可見光通信實驗，并取得了成功，傳輸速率4800 kbit/s，距離300 m。2012年，慶應義塾大學的研究者提出了針對視障者的語音輔助系統，使用智能手機檢測用戶的位置信息并引導用戶。日本在基于VLC技術的產品開發方面也已經邁出了研究步伐。2012年，卡西歐開發出了一款新的蘋果應用程序“Picapicamera”，利用可見光技術就可在用戶之間即時分享拍攝的照片。

雖然可見光技術的發源地在日本，美國、歐盟的起步相對較晚，但是美國和歐盟的研究者們也不甘落后。由于政府的重視，研究資金充裕，現已取得了許多優異的成績。2008年，歐盟開展OMEGA項目，發展1 Gbit/s以上的超高速家庭接入網研究，VLC技術是研究焦點之一。搭建的測試網絡理論速度為1.25 Gbit/s，最高傳輸速度為300Mbit/s。2008年，美國國家科學基金會資助開展“智能照明通信（SLC）”項目，主要為VLC技術研究。2011年，德國、挪威、以色列與美國等共同成立Li-Fi聯盟，進行航天系統中的連網研究，利用VLC技術實現飛行時的無線網絡環境。2012年，在英國工程與自然研究理事會（EPSRC）的資助下，英國、美國的科學家開展“超并行可見光通信（UP-VLC）”項目，探索自由空間和空間復用導波VLC的實施方案。柏林的研究機構海因里希赫茲研究所與西門子合作進行高速VLC技術研究，2012年利用DMT離散多音調技術，采用RGB-LED的發射機、基于正—本征—負（PIN）的接收機，實現了單信道806Mbit/s（紅光信道）的傳輸速率。

日本、歐盟、美國關于VLC技術的研究最多，其他國家，如韓國、意大利等，也有一定的研究。韓國三星通過與牛津大學合作，進行了一些VLC實驗，2009年，采用后均衡技術實現了100Mbit/s不歸零碼（NRZ）的傳輸速率；2012年，意大利的圣安娜高等研究學院采用波分復用（WDM）和DMT技術，以APD（雪崩光電二極管）作為接收機，實現了VLC系統1.5 Gbit/s的單信道傳輸和3.4 Gbit/s的多信道傳輸。

在國內關于VLC技術的研究也越來越受到關注，但研究的地區差異較明顯。中國臺灣地區關于VLC技術的研究較多，水平也比較先進。2012年，中國臺灣交通大學進行了VLC傳輸實驗，采用了無載波幅度和相位調制（CAP）技術，以PIN作為接收機，實現了1.1 Gbit/s的傳輸速率；2013年，通過使用WDM技術，以PIN作為接收機，又實現了3.22 Gbit/s的傳輸速率。中國大陸地區關于VLC技術的研究較少，已經明顯落后于國際水平。北京郵電大學、南京郵電大學、復旦大學、東南大學、中國科學院半導體所等都在開展相關研究，正在努力追趕國際步伐，并取得了一定的成就。

我們對近年來VLC的突破性傳輸實驗做了全面統計，見表1-2。VLC技術在短短十幾年間迅猛發展，傳輸速率不斷提升，從幾十Mbit/s到500Mbit/s，再到800Mbit/s，現在已經突破Gbit/s，實現更高速率的通信也已經近在眼前；從離線到實時，從低階調制到高階調制，從點對點到多輸入多輸出（MIMO），技術上也一日千里；VLC技術被《時代周刊》評為2011年全球五十大科技發明之一。由此可見，當今VLC技術的研究正在經歷一個新概念、新技術層出不窮的極為活躍的發展期。我們也有理由相信，VLC作為一種照明和光通信結合的新型模式，推動著下一代照明和接入網的發展和技術進步，已經成為國際競爭的焦點和制高點。

表1-2 VLC系統實驗傳輸速率總結