可見光通信:有燈的地方就可通信 構建綠色高速信息網(wǎng)絡

訊石光通訊網(wǎng) 2016/1/20 15:37:30

  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來傳輸信息的一種技術手段。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,借助LED燈就可低成本實現(xiàn)高速率無線通信,是典型的綠色通信技術。在2015年被聯(lián)合國定為“光和光基技術國際年”后,可見光通信的價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。

  

 

  技術發(fā)展迅猛——

  開辟嶄新頻譜資源

  當下,無線通信業(yè)務與應用的海量需求促使射頻識別、藍牙、超寬帶、WiFi等無線通信技術層出不窮,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,科學家把目光轉(zhuǎn)向了可見光,并在短時間內(nèi)取得突破性進展。

  1998年香港大學首先提出室外可見光通信概念。兩年后,日本科學家提出以LED燈作為通信基站,進行室內(nèi)無線通信的構想,并開展了基礎理論研究。歐美各國把重點放在提高通信性能的技術難題上,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值后,政府投資1.85億美元啟動“智慧照明”項目,計劃10年內(nèi)開發(fā)LED無線通信智能照明架構。

  中國科學院于2008年啟動基于可見光通信的“半導體照明信息網(wǎng)”研究,國家973計劃和863計劃分別設置可見光通信技術重點研究項目。2014年,解放軍信息工程大學牽頭組建“中國可見光通信產(chǎn)業(yè)技術創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟”,將可見光通信的實時傳輸速率提高到50Gbps、調(diào)制帶寬提高到430Mbps。

  蘊含巨大價值——

  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(tǒng)的核心指標。相較于傳統(tǒng)無線電通信,可見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,是無線頻譜的近1萬倍,蘊含著巨大通信容量。

  相較于無線電通信對設備的高度依賴,很難達到泛在覆蓋,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)絡即可實現(xiàn)“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管或圖像傳感器,結(jié)構簡單,成本低廉,屬典型的綠色通信技術。同時,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。

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

  產(chǎn)業(yè)化前景廣闊——

  將與無線通信技術深度融合

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

  依托廣泛覆蓋的照明網(wǎng)絡,可見光通信可促成互聯(lián)網(wǎng)、廣播電視網(wǎng)、移動通信網(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、移動難覆蓋”的窘境,破解未來無線通信如何實現(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)投入實際測試,通信速度約100Mbps,有效范圍可達200米。

  保障敏感區(qū)域安全通信也是可見光通信的主要應用方向。2014年10月,我國首個基于可見光通信的煤礦井下綜合信息示范系統(tǒng)在平煤集團煤礦巷道中安裝測試成功,可安全實現(xiàn)無線上網(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議系統(tǒng)亮相第十五屆深圳高交會,實現(xiàn)了文字和多媒體信息通過LED燈光進行傳輸?shù)墓δ?。?jù)日本媒體報道,日本Takaya研發(fā)出的汽車間可見光通信系統(tǒng),速率也達到10Mbps。

  在軍事應用方面,可見光通信在海洋水下安全通信等領域得到廣泛應用。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光應用于軍事領域的相關報道,美國海軍利用藍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)將是具有萬億元級年產(chǎn)值的戰(zhàn)略新興領域。”此后,歐洲《2014年可見光通信組織市場調(diào)查報告》也預測,該產(chǎn)業(yè)年增長率可達84.9%,2022年產(chǎn)值將達到約2千億美元。隨著照明與通信深度融合技術、光學器件和反向鏈路技術等關鍵技術的進一步發(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信息系統(tǒng)工程學院院長,博士生導師,國家863計劃項目“可見光通信系統(tǒng)關鍵技術研究”首席專家;獲國家教學成果一等獎1項、國家科技進步二等獎1項、軍隊(省部級)科技進步一等獎1項、國家發(fā)明專利授權11項,出版專著2部。

新聞來源:人民網(wǎng)

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