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走在科技前端的LED可見光通訊技術
 
撰編:周滋靜 最後更新時間:7月 | 30日 , 2022
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專家
 
工研院資通所光通訊網路技術部技術副理 劉彥良
在行動上網需量大增的時代,連網已成為生活常態且國人平均擁有行動裝置的數據統計未見衰減,綜合「anytime、anywhere、anydevice」無線傳輸的重要性淺而易見,WiFi、4G、Bluetooth、Zigbee、RFID、NFC、Zigwave……技術都有其特性及適用場域,無論是透過何種方式連網都會有所謂的頻寬、安全性、訊號強弱、穩定度…等問題存在,也因此既有的無線傳輸技術不斷的因應趨勢改版、升級,新創技術也持續的發展中。
 


早在十多年前,透過光的特性所發展出的無線傳輸技術便已悄露於世,在近年LED蓬勃發展及網路普及化之下,工研院資通所光通訊網路技術部技術副理劉彥良表示,此領域的研發不但可應用於寬頻服務、室內定位甚至是水下通訊皆可實現。

劉彥良表示,依據光源的指向性及傳輸距離、範圍的限制下安全性相對於其它無線傳輸來得高,且光源無電磁波輻射的疑慮;亦不需如同一般無線傳輸,同時於免費、有限的固定頻帶上使用、共享頻寬資源,因此不會受到其它無線通訊的訊號干擾,並能提供高頻寬且穩定的通訊傳輸;傳輸速度可達100M/s,距離可到200至300公尺。目前透過技轉與本土產業合作,實現無線佈建高安全性的資安會議室,因系統採雙向傳輸,下行是用一般LED的白光,上行則是用紅外線回傳,整套系統都是具指向性的。

展場、賣場、醫院、餐廳的應用偏向於室內定位功能,在不同場域的情境設計,都會有一些限制。透過定位點(加裝通訊模組的每一具LED燈泡都有一組IP位置)的佈建可由室內圖製,了解何時、何人經過何地的歷始軌跡記錄、查詢……,如有停留次數較多的地點,系統也會特別以紅標註記。在展場、賣場的部份可透過APP的應用,經智慧型手機即時下載各攤位相關資料與Apple開發之i-Beacon有著相同的應用模式;在醫院,則是以穿戴式定位概念,將接收器設置在病床上,追蹤其行徑軌跡,主要是一些手術、斷層掃描都會有固定的流程在進行,透過定位床就可以清楚得知整體流程是否符合規定,這也是保護醫生及醫院的一種作法。

說回到穿戴式的定位功能,基於有某些特定場域,禁止攜帶手機,卻又需要具備定位功能,因此只要將小小的接收器別在衣服上,接收光即可產生定位功能,劉彥良提醒,要讓人接受這樣一個配件,或許會有穩私面等疑慮且接收器如受到衣物的遮蔽必失去定位功能。這樣的定位應用是將以人為載體的穿戴式裝置,將載體轉換到必須移動的物體上面,希望能與一般的穿戴式裝置做出區隔。劉彥良補充,因光是走直線的,定位效果會比其它無線傳輸更加精確,且光波傳輸因為沒有電磁波的問題,在一些如核磁共振室裡的醫療設備,容易受電磁波影響的場合便可以透過光來傳輸。可見光無疑是人眼可見的光,燈光的好與壞是人眼可輕易辨別,另與智慧照明做結合,除了情境設定,當燈具異常也能夠將訊息傳回遠端的中控系統,能即時解決燈具損壞問題。



一般水下救難或潛水時,都是要用手語、手寫板的方式來進行溝通,但這樣的溝通方式並不即時。此應用的發想是來自於潛水教練及水下導覽員進行解說時的需求,水下目前可以透過聲納和光來達到通訊,聲納的傳輸距離長,如用在保密性高的用途則有安全性的問題。工研院與台灣大學海洋工程系所合作,主要應用在水下無人戴具,水下無人載具的設備相當多,透過感測器、節點的佈建能夠收集海洋環境的資訊,但這些資料該如何回傳,便是一大通訊問題;目前台大有做一艘水下無人載具,用來收集感測器所收集到的資料,其中通訊介面就是透過光。水下傳輸最困難的地方就是介質,水裡的環境是時變、複雜的,像是海洋裡會有魚蝦、貝類、洋流、溫度…等時時刻刻都在變化,在海洋的每一層狀況、壓力也都不同。目前的技術可做到水深100公尺、點對點的距離約10公尺,劉彥良補充,光源的強度不一定就是傳輸距離的長度與強度,必須搭配光學、陣列排序等方式來克服多變的場域。

目前光通訊韓國有制定出一套標準,但大家要不要跟是一回事,各國大部份還是以聯盟組織,所定訂的標準為主來發展,但台灣在這塊標準的制定卻還是無聲無息,台灣在LED和ICT產業的成績都非常的亮眼,劉彥良表示工研院致力將這兩個產業做結合,不但提高LED的附加價值,也能讓LED及ICT產業不只強也能在國際上獨樹一格。


LED可見光通訊技術(Visible Light Communications,VLC):
透過接受器與光纖網路接取,並將通訊模組安裝於室內LED元件上,便可形成無線通訊用的網路系統,如同室內裝設之AP分享器;LED通訊系統亦可與電力線網路(Power Line Communication,PLC)系統進行整合應用且無須額外建構新網路架構。
 
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