灯语
哑巴能说话了在民间是一大新闻,让照明或者显示的光源能通信在科技界也是研究热点。2008年,受中国科学院多位院领导批示,中国科学院半导体研究所依托“固态照明信息网(S2-Link)”知识创新工程重要方向性项目和美国、欧盟同年启动了可见光通信这项无线通信新技术的研究。该项目利用LED在照明的同时通信,实现“哑巴”光源能“说话”,让无线通信从电磁走向光传输。2009年,中国科学院半导体研究所可见光通信研究团队的可见光通信研究成果参加第11届中国国际工业博览会展示。2010年,该团队研制的可见光通信系统受科技部资助参加上海世博会展示并获得了如图1所示科技部的世博科技先进集体表彰。2011年,该团队研制的可见光通信系统开始定制化销售。2011年,英国爱丁堡大学的哈斯教授在TED上分享了一项灯光传视频的新科技——“Li-Fi”,可见光通信开始引起全球关注。
图1. 世博科技先进集体奖牌
因为很多科研人员都是基于照明LED来实现可见光通信。因此,如何有效去除荧光粉余晖对高速可见光通信的影响以及如何拓展大功率LED的系统带宽,一直是科研界关注的焦点。只有解决这两个问题,室内照明最常用的荧光型LED才能用作高速通信光源。中国科学院半导体研究所可见光通信研究团队经过十余年的刻苦研究,借助模拟均衡技术,为同行们提供了一条让室内照明最常用的大功率荧光型LED也能实现高速通信的技术路线。2014年,该团队开创性地提出了利用均衡手段拓展可见光通信系统带宽的技术方案。2020年,该团对又开创性地提出利用留数来简化均衡电路传递函数的矢量拟合过程,利用无源桥T型网络加有源均衡电路搭建均衡电路。2023年,该团队在同行们只用电容作为非线性补偿元件的情况下,开创性地提出了同时利用电容、电感拓展可见光通信系统带宽的技术方案,大幅提高均衡电路的动态范围,如图2所示,把荧光型LED为光源的可见光通信系统的系统带宽从8 MHz拓展到了893 MHz,采用OOK调制的通信速率达到1.9 Gbps,传输距离7米时,平均误码率3×10−5;其中均衡电路的动态范围扩展到30 dB;高速可见光通信系统中的低频黄光噪声得到了有效抑制且高频信号幅度比采用滤光片可高3.6 dB,实测高1-3 dB。
图2. 荧光型LED无需滤光片的高速实时通信相关论文
除了踏实从事科学研究之外,该团队借助三类平台在新技术科普方面凭情怀做了不少工作。该团队在“科学大院”、“网易新闻”、“数字北京科学中心”等网络平台及“物理”、“科技纵览”等科普杂志撰写科普文章;购买域名并支付主机租赁费用,建立了可见光通信科普宣传网站(http://www.goinghome.com.cn);开通了“可见光通信技术”微信公众号,分享自制的科普视频。
在成果转化方面,从2011年开始的早期采购用户包括中国电信上海研究院、北京中电飞华股份有限公司等企业、高校、科普馆及普通大众。2020年,通过竞标,中国科学院半导体研究所已经成为中国核工业集团下属单位的可见光通信设备合格供应商。2021年,团队通过承接航天科技集团的研发项目,拓展了可见光通信在航天领域的应用。
中国科学院半导体研究所可见光通信研究团队是一个没有海归人员的本土科研团队,通过刻苦攻关,独立自主取得了上述高水平研究成果。为北京科技大学、解放军装甲兵工程学院、上海第二工业大学的可见光通信实验室建设提供了支持。该团队的陈雄斌博士获得了中央电视台、北京电视台、新华社的实验室采访和现场报道机会。2017年,陈雄斌博士担任了“可见光通信关键技术及系统研发”国家重点研发计划项目首席科学家。
2021年可见光通信被6G推进组定义为6G潜在关键技术之一。2022年深圳市把可见光通信列入了2022-2025产业行动计划。作为中国科学院的科研人员,该团队知道万物光互连的巨大价值,为了让灯泡快速说话,他们一直默默埋头苦干。桃李不言,下自成蹊。