可見光通信：有燈的地方就可通信 構(gòu)建綠色高速信息網(wǎng)絡(luò)

　　核心提示

　　可見光通信，是指利用熒光燈或發(fā)光二極管發(fā)出的高速明暗變化光信號(hào)來傳輸信息的一種技術(shù)手段。與無線電通信相比，可見光通信開拓了新的頻譜資源，它的傳輸速率、安全性和私密性極高，無電磁干擾和輻射，也無需頻段許可授權(quán)，借助LED燈就可低成本實(shí)現(xiàn)高速率無線通信，是典型的綠色通信技術(shù)。在2015年被聯(lián)合國定為“光和光基技術(shù)國際年”后，可見光通信的價(jià)值和應(yīng)用潛力為更多人所熟知，已成為世界各國競(jìng)相角逐的下一代核心通信技術(shù)。

　　技術(shù)發(fā)展迅猛——

　　開辟嶄新頻譜資源

　　當(dāng)下，無線通信業(yè)務(wù)與應(yīng)用的海量需求促使射頻識(shí)別、藍(lán)牙、超寬帶、WiFi等無線通信技術(shù)層出不窮，也加劇了無線電頻譜資源的供求矛盾。為尋求新的頻譜資源和信息傳輸媒介，科學(xué)家把目光轉(zhuǎn)向了可見光，并在短時(shí)間內(nèi)取得突破性進(jìn)展。

　　1998年香港大學(xué)首先提出室外可見光通信概念。兩年后，日本科學(xué)家提出以LED燈作為通信基站，進(jìn)行室內(nèi)無線通信的構(gòu)想，并開展了基礎(chǔ)理論研究。歐美各國把重點(diǎn)放在提高通信性能的技術(shù)難題上，英國一度把離線速率刷新到10Gbit/s。2008年，美國覺察到可見光通信的重大科研價(jià)值后，政府投資1.85億美元啟動(dòng)“智慧照明”項(xiàng)目，計(jì)劃10年內(nèi)開發(fā)LED無線通信智能照明架構(gòu)。

　　中國科學(xué)院于2008年啟動(dòng)基于可見光通信的“半導(dǎo)體照明信息網(wǎng)”研究，國家973計(jì)劃和863計(jì)劃分別設(shè)置可見光通信技術(shù)重點(diǎn)研究項(xiàng)目。2014年，解放軍信息工程大學(xué)牽頭組建“中國可見光通信產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟”，將可見光通信的實(shí)時(shí)傳輸速率提高到50Gbps、調(diào)制帶寬提高到430Mbps。

　　蘊(yùn)含巨大價(jià)值——

　　有燈的地方就可通信

　　有效性、可靠性和深度覆蓋是檢驗(yàn)通信系統(tǒng)的核心指標(biāo)。相較于傳統(tǒng)無線電通信，可見光通信在這些方面優(yōu)勢(shì)非常突出，它的頻段介于400THz-800THz之間，是無線頻譜的近1萬倍，蘊(yùn)含著巨大通信容量。

　　相較于無線電通信對(duì)設(shè)備的高度依賴，很難達(dá)到泛在覆蓋，可見光通信能通過電力線連接全球440億盞室內(nèi)外照明燈具，借助廣泛覆蓋的照明網(wǎng)絡(luò)即可實(shí)現(xiàn)“照中通”，達(dá)到“有燈的地方就可通信”，非常容易得到普及,可有效解決通信的“末端接入”和“深度覆蓋”問題。

　　相比高速寬帶無線電通信，可見光通信的發(fā)射器件是普通照明LED燈，接收器件是光電二級(jí)管或圖像傳感器，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，屬典型的綠色通信技術(shù)。同時(shí)，可見光具有定向輻射、快速衰減的特性，使其覆蓋范圍可控可限，大大降低了無線信號(hào)泄露的概率，竊取和干擾非常困難，通信安全可以得到保證。

　　依托這些技術(shù)優(yōu)勢(shì)，可見光通信使得幾乎無處不在的普通照明設(shè)備搖身一變，具備了“無線路由器”“通信基站”“網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)”的功能。

　　產(chǎn)業(yè)化前景廣闊——

　　將與無線通信技術(shù)深度融合

　　2013年以來，隨著可見光通信關(guān)鍵技術(shù)的不斷突破，其推廣應(yīng)用迎來高潮，產(chǎn)業(yè)化步伐不斷加速。需要指明的是，在應(yīng)用上可見光通信并不是要替代現(xiàn)有無線通信技術(shù)，而是與其深度融合，相互補(bǔ)充。

　　依托廣泛覆蓋的照明網(wǎng)絡(luò)，可見光通信可促成互聯(lián)網(wǎng)、廣播電視網(wǎng)、移動(dòng)通信網(wǎng)和電力網(wǎng)的深度融合，徹底打破目前“有線不便捷、無線不寬帶、移動(dòng)難覆蓋”的窘境，破解未來無線通信如何實(shí)現(xiàn)高速傳輸、高密度接入、深度覆蓋的問題。2013年，日本公司研發(fā)的可見光通信街燈系統(tǒng)投入實(shí)際測(cè)試，通信速度約100Mbps，有效范圍可達(dá)200米。

　　保障敏感區(qū)域安全通信也是可見光通信的主要應(yīng)用方向。2014年10月，我國首個(gè)基于可見光通信的煤礦井下綜合信息示范系統(tǒng)在平煤集團(tuán)煤礦巷道中安裝測(cè)試成功，可安全實(shí)現(xiàn)無線上網(wǎng)、井下導(dǎo)航定位、廣播告警等功能。

　　2013年10月，中國深圳光啟公司商用光子會(huì)議系統(tǒng)亮相第十五屆深圳高交會(huì)，實(shí)現(xiàn)了文字和多媒體信息通過LED燈光進(jìn)行傳輸?shù)墓δ?。?jù)日本媒體報(bào)道，日本Takaya研發(fā)出的汽車間可見光通信系統(tǒng)，速率也達(dá)到10Mbps。

　　在軍事應(yīng)用方面，可見光通信在海洋水下安全通信等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。2014年5月，日本東洋電機(jī)研發(fā)出水下可見光高速通信裝置，最大通信速率達(dá)到50Mbps。美國伍茲霍爾海洋研究所也有可見光應(yīng)用于軍事領(lǐng)域的相關(guān)報(bào)道，美國海軍利用藍(lán)綠光透明窗口開始為艦船探索新的通信方式。

　　目前，可見光通信尚處于大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的啟動(dòng)階段。早在2012年，我國著名信息通信專家鄔江興院士就提出“可見光通信產(chǎn)業(yè)將是具有萬億元級(jí)年產(chǎn)值的戰(zhàn)略新興領(lǐng)域。”此后，歐洲《2014年可見光通信組織市場(chǎng)調(diào)查報(bào)告》也預(yù)測(cè)，該產(chǎn)業(yè)年增長率可達(dá)84.9%，2022年產(chǎn)值將達(dá)到約2千億美元。隨著照明與通信深度融合技術(shù)、光學(xué)器件和反向鏈路技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，這束璀璨的綠色信息之光必將很快照亮中國!

　　專家小傳：于宏毅，解放軍信息工程大學(xué)信息系統(tǒng)工程學(xué)院院長，博士生導(dǎo)師，國家863計(jì)劃項(xiàng)目“可見光通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究”首席專家;獲國家教學(xué)成果一等獎(jiǎng)1項(xiàng)、國家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)1項(xiàng)、軍隊(duì)(省部級(jí))科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)1項(xiàng)、國家發(fā)明專利授權(quán)11項(xiàng)，出版專著2部。