半導體照明信息網是將通信與照明結合在一起，以更低的能耗及成本，提供照明及具有安全性、可靠性寬帶數據接入的新型技術。

　　一、半導體照明時代的來臨

　　半導體照明具有節能、長壽命、環境友好等優點。基于這些優點，半導體照明已被廣泛用于液晶顯示屏背光源、全彩大屏幕顯示、汽車頭尾燈、交通信號燈、景觀照明等領域。隨著LED發光效率的不斷提高及制造成本的逐步降低，LED燈正逐步取代傳統白熾燈、熒光燈而成為室外和室內照明的主體。由于LED光源的廣泛應用，半導體照明時代的來臨成為將通信網絡嵌入到照明網絡的契機。

圖1   LED燈發光效率與傳統燈具的比較

圖2   通信網絡傳輸容量發展示意圖

　　二、照明與網絡通信結合將開辟照明和信息交叉的新領域

　　半導體照明光源與傳統照明光源相比，具有高速調制的優勢，將照明光源作為信息發射源，實現空間自由通信，具有較強應用前景。同時，基于半導體照明的可見光通信技術以其帶寬高、無電磁污染、安全性好、功耗低、無須新增專用網絡和頻率許可證、具有一定的移動性、節能環保等優點，將成為網絡用戶終端的接入方式之一，并且隨著半導體照明技術的進一步發展和半導體照明的日漸普及，未來有可能成為網絡終端的主要接入方式。

　　1.半導體照明信息網的特點

　　目前的室內通信網絡主要指覆蓋范圍在10m半徑以內的短距離無線網絡，即所謂無線個人局域網絡(Wireless Personal Area Network, WPAN)。WPAN是指在個人周圍空間形成的無線網絡，能在便攜式消費者電器和通信設備之間進行短距離連接的自組織網。從網絡構成上來看，WPAN位于整個網絡架構的底層，用于很小范圍內的終端與終端之間的連接，即點到點的短距離連接。WPAN是基于計算機通信的專用網，在個人操作環境中工作，把需要相互通信的裝置構成一個網絡，且無須任何中央管理裝置及軟件。

　　用于無線個人局域網的通信技術有很多，如藍牙、紅外、HomeRF等。藍牙是由愛立信、英特爾、諾基亞、IBM和東芝等公司于1998年5月聯合推出的一種短距離無線通信技術，它可以用于在較小的范圍內通過無線連接，實現固定設備或移動設備之間的網絡互聯，從而在各種數字設備之間實現靈活、安全、低功耗、低成本的語音和數據通信。藍牙技術的一般有效通信范圍為10m，最高可達100m左右，其傳輸速率最高可達lMb/s。

　　IrDA(Infrared Data Association)是國際紅外數據協會的英文縮寫，IrDA技術是一種利用紅外線進行點對點短距離通信的技術。IrDA技術的主要特點有：利用紅外傳輸數據，無須專門申請特定頻段的使用執照，且體積小、功率低;由于采用點到點的連接，數據傳輸所受到的干擾較小，數據傳輸速率高，速率可達16Mb/s。IrDA技術缺陷主要有：受視距影響其傳輸距離短;要求通信設備的位置固定;其點對點的傳輸連接，無法靈活地組成網絡等。

　　HomeRF是在家庭區域范圍內的計算機和電子設備之間實現無線數字通信的開放性工業標準，為家庭用戶建立具有互操作性的音頻和數據通信網帶來了便利。它工作在開放的2.46Hz頻段，室內覆蓋范圍約45m，最高數據傳輸速率為10Mb/s。目前HomeRF技術僅獲得了少數公司的支持，并且由于在抗干擾能力等方面與其他技術標準相比也存在不少缺陷，這些使得HomeRF技術的應用和發展前景受到限制。

　　與上述技術相比，半導體照明信息網有如下突出的特點：

　　采用光學鏈路傳輸數據，無需頻率許可，無電磁污染，有利于人體健康;利用照明網絡進行通信;用來傳輸信號的可見光不能穿透墻壁和門窗，私密性強，安全性高。

　　具體參數比較見表1。

　　半導體照明信息網符合“節能減排”的要求，以更低的能耗和更低的成本(通信與照明一體)為代價，提供更高的安全性、可靠性和更快的數據傳輸速率。在應用領域方面，其需求來自射頻敏感區域、信息安全性應用、汽車工業、交通信息管理、辦公室照明和互連網接入、數字家庭等多個方面。半導體照明信息網將成為一個重要的工業領域。

　　根據半導體照明信息網的特點，目前其主要應用為射頻敏感區域場景，包括飛機內無線網絡系統、醫療場所內有移動性要求的無線接入等方面，后者為室內應用。因為半導體照明信息網在安全性方面的優勢，其在信息安全性應用領域，如軍事基地等場所預計也會得到廣泛的應用。

　　2.各國半導體照明信息網研究進展

　　目前，美國、歐洲、日本和韓國等發達國家和地區都投入了人力和物力從事相關技術的研究與開發工作。

　　美國在半導體照明方面的研究處于世界前列，但在半導體照明信息網方面的研究起步較晚。為了迅速趕上其他國家，成立了由波士頓大學(負責LED通信、計算機網絡系統技術研究)、倫斯勒理工學院(負責新材料器件技術與系統應用)、新墨西哥大學(負責納米材料、器件、生物成像和顯示的測試平臺建設)組成的照明中心。其經費來源于國家科學基金(NSF)、紐約州、倫斯勒市以及18家企業合作伙伴。其中，來自NSF的資金投入達到5年1850萬美元(下同)，紐約州政府第一年的經費投入為70萬元，倫斯勒市政府第一年的經費投入為50萬元，來自18家企業合作伙伴第一年的經費投入為100萬元，預計今后10年累計的經費投入達到5000萬元。目前，波士頓大學已經開發出了通過兩個裝配有LED燈的手電筒實現兩臺筆記本電腦之間數據傳輸的演示系統波音公司也在從事用于飛機上的多媒體娛樂系統的研究與開發。

　　歐洲在這方面也開展了大量的研究與開發工作，代表性的研究者包括英國牛津大學、劍橋大學、帝國理工學院、德國西門子公司、法國電信等。如英國牛津大學提出了采用前置均衡和后置均衡提高數據傳輸速率的方法，并且研制出了點到點的音樂播放演示系統(數據傳輸速率小于1Mb/s)以及傳輸距離為2m的2.5Mbit/s單向通信;西門子公司利用白光LED實現了速率大于500Mb/s的點到點數據傳輸。

　　日本慶應義塾大學發起并于2003年10月成立了產、學、研相結合的戰略聯盟-可見光通信聯盟(VLCC)，成員包括通信、照明、LED制造、功率電子、電子制造等方面的公司，其目的是通過市場研究、推廣和標準化工作，建立安全、無處不在的可見光通信網絡。VLCC不僅重視先進技術的研究與開發，也很注重行業標準的研究工作，于2007年提出了兩項標準被日本電子與工業技術聯合會采納(可見光通信系統標準CP-1221及可見光ID系統標準CP-1222)。目前開展的研究工作涉及可見光通信的多個方面。比如：利用發光二極管陣列實現了單管傳輸速率為5Mb/s的數據傳輸以及用于倉儲管理系統的光學標簽(數據傳輸速率為4.8Kb/s)等。其中部分研究與半導體照明光通信有關。

　　國內也有一些科研機構開展了VLC通信研究工作，如中科院半導體所、清華大學、暨南大學、江蘇大學、北郵、復旦大學等，代表性的應用演示是中科院半導體所在2010年上海世博會期間于航空館和滬上.生態家館演示的半導體照明信息網系統，如圖3所示。

圖3   中科院半導體所研制的半導體照明信息網絡系統在世博會的展示

　　半導體照明信息網的關鍵核心技術包括適用于信息網的半導體照明LED的材料及器件、光收發部件、網絡結構和協議的研究及系統等，牽涉到光學、電學、半導體學、材料學、機械學、通信學、生物學等多個學科的交叉，具有很強的技術先進性和創新性。

　　半導體照明信息網作為信息網絡的末端，天然適合作為射頻敏感區域唯一的無線接入方式、適合作為具有信息安全性要求應用的無線接入方式。將照明系統和通信網絡復合在一個系統中，與分別布設兩種系統相比，具有成本方面的優勢。同時，半導體照明信息網與光網絡相銜接，帶寬高、安全性高，且具有移動性，有望在射頻敏感區域、信息安全應用領域得到大規模應用，并逐步拓展到汽車工業、交通信息管理、辦公室照明和互連網接入、數字家庭等多個方面，其市場前景非常廣闊。（本文選自《半導體照明》雜志第40期）