1.1 可见光通信的概念及背景

人是社会性动物，需要与同类交往，需要爱和被爱，否则人就无法生存，世上没有任何人能够忍受绝对的孤独，而通信技术的发展对于促进人与人的交流贡献非常大。倘若再考虑物物互连以及人机交互对通信技术的依赖，就可以毫不犹豫地把通信技术的发展定义为人类社会发展的基础。这正是各国政府大力建设“信息高速公路”，不断拓展通信新手段的原因。

通信功能的实现，通常都会借助声、光、电、磁等物理现象。不过，随着通信技术的发展，人们可以通过不同的原理和方式对这些物理现象进行控制，从而实现不同的系统通信性能。以光为例，人们可以借助自己的眼睛观察对方是点头或摇头，获取对方传递过来的“赞同”或“反对”的信息；人们也可以借助自己的眼睛观察烽火台的狼烟是否点燃，获取是否有敌入侵以及敌军人数等信息；人们还可以借助自己的眼睛观察舰船的灯语，接收26个字母和10个阿拉伯数字的组合通信。从这个简单的例子可以看出来，即使保持人眼作为光通信系统的接收机这个前提不变，改变发射端的光源就能改变光通信系统的通信能力。对于一个光通信系统来说，采用不同的光源、探测器、调制解调技术对系统的性能影响非常大。

1880年，贝尔发明了光无线电话，他采用太阳作为光源、硒光电池作为探测器，因为光源和探测器的通信性能都不是很理想，加上太阳作为光源只能使用外调制技术，所以虽然贝尔对他的这项便捷的无线通信技术给予了厚望，也申请了发明专利，但最终未能实用化。即便如此，科研界普遍承认贝尔 1880年开创了一项无线通信新技术[1]。若干年后，大家把这项技术定义为可见光通信（Visible Light Communication，VLC）。

在通信技术的发展历史中，首先影响现代人类生活的无线通信是无线电通信技术。LED 照明光源的出现为可见光通信提供了良好的通信光源。1999年中国香港大学彭国雄教授用LED交通信号实现了音频信号的可见光传输[2]；2000年，日本庆应义塾大学Yuichi Tanaka等论证了用室内照明LED灯组建无线光通信基站的可行性，开启了可见光通信技术研究的新纪元[3]。

2008年，美国为了建立其在半导体照明和可见光通信领域的优势，成立了由波士顿大学（负责发光二极管通信、计算机网络系统技术研究）、仁斯利尔理工大学（负责新材料器件技术与系统应用研究）、新墨西哥大学（负责纳米材料、器件、生物成像和显示的测试平台建设）组成的智能照明中心。

2008年，欧盟为了建立室内高速网络接入的国际标准，试图借助各种不同的网络技术，实现1 Gbit/s 的室内接入技术综合，启动了名为OMEGA 计划的研究项目。该项目围绕高速的电力线载波、超宽带无线、红外通信、可见光学通信等技术开展研究。欧洲OMEGA 计划由法国电信Orange Lab 牵头，包含20 多位工业界和学术界（如牛津大学、雅典大学、西门子公司等）的成员。

2008年，时任中国科学院院长的路甬祥院士批示中国科学院半导体研究所时说：“LED无线通信技术要引起重视，可能是一个方向，因为它不需要新的专用网络，而且没有电磁污染，拟请考虑部署，形成研发方向和路线图，这可能是无线领域从电磁走向光传输的很好切入点！”2008年年末，为了依托LED 照明，实现无线领域从电磁向光传输的演进，中国科学院半导体研究所整合所内优势研发力量，启动了基于可见光通信的“半导体照明信息网”（Solid State Lighting Information Network，S2-Link）的研究，研究范围覆盖材料、器件、协议和系统。路甬祥院士对可见光通信技术优点的简明概括，为可见光通信技术的研究指明了方向。借助于大科学家们的远见和卓识，中国科研界把握住了这次无线通信新技术研究的先发优势，在可见光通信研究领域取得了许多有特色的研究成果。

由于传统无线通信发展迅速，且和广播电视、蓝牙等技术共用微波无线频段，造成该频段频谱资源异常紧张，开发利用新的无线频段迫在眉睫。近年来陆续出现了毫米波通信和太赫兹通信等解决方案，而随着白光LED器件的出现，利用频率更高的可见光频段进行自由空间无线通信成为可能，不仅理论上可以达到更高的传输速率，同时避开了紧张的无线授权波段。可见光通信可以解决无线通信发展过程中亟须解决的无线频谱资源拓展的问题。发光二极管 LED 器件是一种高效的固体光源，与当前的荧光光源相比具有更低的功耗、更高的亮度和更小的尺寸。LED发出的光谱窄，可以用作无线通信载波调制信号，因此同时具备绿色照明和节能通信两个优点。此外，处于可见光频段的光波对人体无伤害，可以保证长时间通信下对用户的安全。所以，可见光通信还可以解决无线通信发展过程中亟须解决的节能环保的问题。

目前，借助于中国国家半导体照明工程的建设，中国已经拥有全球最庞大的半导体照明产业集群以及最大的半导体照明市场，这种产业优势和硬件基础是其他从事可见光通信技术研究的国家所没有的。了解并牢记可见光通信这项无线通信技术从1880年被冷落到21世纪被追捧的原因，对于技术研究方向的选择以及应用场景的设想，具有重要的意义。