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

　　核心提示

　　可見(jiàn)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來(lái)傳輸信息的一種技術(shù)手段。與無(wú)線(xiàn)電通信相比，可見(jiàn)光通信開(kāi)拓了新的頻譜資源，它的傳輸速率、安全性和私密性極高，無(wú)電磁干擾和輻射，也無(wú)需頻段許可授權，借助LED燈就可低成本實(shí)現高速率無(wú)線(xiàn)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(jiàn)光通信的價(jià)值和應用潛力為更多人所熟知，已成為世界各國競相角逐的下一代核心通信技術(shù)。

　　技術(shù)發(fā)展迅猛——

　　開(kāi)辟嶄新頻譜資源

　　當下，無(wú)線(xiàn)通信業(yè)務(wù)與應用的海量需求促使射頻識別、藍牙、超寬帶、WiFi等無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)層出不窮，也加劇了無(wú)線(xiàn)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)家把目光轉向了可見(jiàn)光，并在短時(shí)間內取得突破性進(jìn)展。

　　1998年香港大學(xué)首先提出室外可見(jiàn)光通信概念。兩年后，日本科學(xué)家提出以L(fǎng)ED燈作為通信基站，進(jìn)行室內無(wú)線(xiàn)通信的構想，并開(kāi)展了基礎理論研究。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(xiàn)速率刷新到10Gbit/s。2008年，美國覺(jué)察到可見(jiàn)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”項目，計劃10年內開(kāi)發(fā)LED無(wú)線(xiàn)通信智能照明架構。

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

　　蘊含巨大價(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通信系統的核心指標。相較于傳統無(wú)線(xiàn)電通信，可見(jiàn)光通信在這些方面優(yōu)勢非常突出，它的頻段介于400THz-800THz之間，是無(wú)線(xiàn)頻譜的近1萬(wàn)倍，蘊含著(zhù)巨大通信容量。

　　相較于無(wú)線(xiàn)電通信對設備的高度依賴(lài)，很難達到泛在覆蓋，可見(jiàn)光通信能通過(guò)電力線(xiàn)連接全球440億盞室內外照明燈具，借助廣泛覆蓋的照明網(wǎng)絡(luò )即可實(shí)現“照中通”，達到“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(wèn)題。

　　相比高速寬帶無(wú)線(xiàn)電通信，可見(jiàn)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管或圖像傳感器，結構簡(jiǎn)單，成本低廉，屬典型的綠色通信技術(shù)。同時(shí)，可見(jiàn)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(wú)線(xiàn)信號泄露的概率，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，可見(jiàn)光通信使得幾乎無(wú)處不在的普通照明設備搖身一變，具備了“無(wú)線(xiàn)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(wú)線(xiàn)通信技術(shù)深度融合

　　2013年以來(lái)，隨著(zhù)可見(jiàn)光通信關(guān)鍵技術(shù)的不斷突破，其推廣應用迎來(lái)高潮，產(chǎn)業(yè)化步伐不斷加速。需要指明的是，在應用上可見(jiàn)光通信并不是要替代現有無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，而是與其深度融合，相互補充。

　　依托廣泛覆蓋的照明網(wǎng)絡(luò )，可見(jiàn)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(xiàn)不便捷、無(wú)線(xiàn)不寬帶、移動(dòng)難覆蓋”的窘境，破解未來(lái)無(wú)線(xiàn)通信如何實(shí)現高速傳輸、高密度接入、深度覆蓋的問(wèn)題。2013年，日本公司研發(fā)的可見(jiàn)光通信街燈系統投入實(shí)際測試，通信速度約100Mbps，有效范圍可達200米。

　　保障敏感區域安全通信也是可見(jiàn)光通信的主要應用方向。2014年10月，我國首個(gè)基于可見(jiàn)光通信的煤礦井下綜合信息示范系統在平煤集團煤礦巷道中安裝測試成功，可安全實(shí)現無(wú)線(xiàn)上網(wǎng)、井下導航定位、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 )議系統亮相第十五屆深圳高交會(huì )，實(shí)現了文字和多媒體信息通過(guò)LED燈光進(jìn)行傳輸的功能。據日本媒體報道，日本Takaya研發(fā)出的汽車(chē)間可見(jiàn)光通信系統，速率也達到10Mbps。

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

　　目前，可見(jiàn)光通信尚處于大規模產(chǎn)業(yè)化的啟動(dòng)階段。早在2012年，我國著(zhù)名信息通信專(zhuān)家鄔江興院士就提出“可見(jiàn)光通信產(chǎn)業(yè)將是具有萬(wàn)億元級年產(chǎn)值的戰略新興領(lǐng)域。”此后，歐洲《2014年可見(jiàn)光通信組織市場(chǎng)調查報告》也預測，該產(chǎn)業(yè)年增長(cháng)率可達84.9%，2022年產(chǎn)值將達到約2千億美元。隨著(zhù)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(zhuān)家小傳：于宏毅，解放軍信息工程大學(xué)信息系統工程學(xué)院院長(cháng)，博士生導師，國家863計劃項目“可見(jiàn)光通信系統關(guān)鍵技術(shù)研究”首席專(zhuān)家;獲國家教學(xué)成果一等獎1項、國家科技進(jìn)步二等獎1項、軍隊(省部級)科技進(jìn)步一等獎1項、國家發(fā)明專(zhuān)利授權11項，出版專(zhuān)著(zhù)2部。