可見光通信應(yīng)用前景與發(fā)展探析

王文旭 吳倍駿

摘 要：可見光通信是一種利用可見光波普進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N無線通信技術(shù)，與其他無線通信技術(shù)相比，可見光通信技術(shù)具有頻譜資源豐富、通信安全性高、抗電磁干擾性強(qiáng)等特點(diǎn)，也正是因?yàn)檫@些特點(diǎn)，使得可見光通信有著廣泛的應(yīng)用前景。本文就可見光通信應(yīng)用前景與發(fā)展作了相關(guān)探究。

關(guān)鍵詞：可見光通信;應(yīng)用前景;發(fā)展

0 引言

隨著人們生活水平的提高，對(duì)通信方面的要求也越來越高，在這種環(huán)境下，人們開始致力于通信技術(shù)研究，一些通信技術(shù)開始走進(jìn)人們的生活，較好地迎合了人們的生活需求。近年來，隨著半導(dǎo)體照明技術(shù)的普及，基于LED的可見光通信技術(shù)開始引起了人們的廣泛關(guān)注，并逐漸成為研究熱點(diǎn)。可見光通信具有無電磁輻射、無需占用無線通信波段、通信安全性高等優(yōu)點(diǎn)，在我國現(xiàn)代社會(huì)中得到了廣泛的應(yīng)用。

1 可見光通信的概述

可見光通信技術(shù)就是利用熒光燈或發(fā)光二極管等發(fā)出人眼可以看到的高速明暗閃爍信號(hào)來傳輸信息的一種通信技術(shù)。與其他通信技術(shù)相比，可見光通信可以利用照明設(shè)備代替無線LAN局域網(wǎng)基站發(fā)射信號(hào)，且其通信速度可達(dá)到每秒數(shù)百兆。在可見光通信技術(shù)的支持下，用戶可以長時(shí)間下載和上傳高清圖像、動(dòng)畫等數(shù)據(jù)。另外，可見光通信保密性高，可見光通信是利用LED等的閃爍進(jìn)行信息傳輸?shù)?，而燈光無法穿透墻壁，只需要擋住燈光光線，信息就無法向照明區(qū)以外的人泄漏。

2 可見光通信國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

可見光通信作為一種通信技術(shù)，這種通信技術(shù)具有其他通信技術(shù)不可比擬的優(yōu)越性。國內(nèi)外對(duì)可見光通信技術(shù)都進(jìn)行了相關(guān)研究，并且取得了一定的成就。筆者就國內(nèi)外在可見光通信方面的研究作了相關(guān)總結(jié)。

2.1 國外可見光通信研究現(xiàn)狀

早在二零零零年[1]，日本的研究學(xué)者就提出了白光LED應(yīng)用于室內(nèi)無線通信的概念，并通過科學(xué)的計(jì)算和分析，證實(shí)了白光LED無線通信的可行性。在二零零二年，又有研究者分析了可見光通信中的多徑效應(yīng)的影響并給出了相應(yīng)的解決方法。二零零四年，可見光通信的研究得到了進(jìn)一步深入，由日本研究者展示了LED可見光通信系統(tǒng)，并證實(shí)了可見光通信在應(yīng)用于手持設(shè)備和車載計(jì)算設(shè)備。二零一零年，美國加州大學(xué)提出了可見光通信在移動(dòng)設(shè)備上的應(yīng)用。二零一二年，意大利有研究者提出了基于離散多頻調(diào)制的RGB LED白光通信系統(tǒng)，并證實(shí)了該系統(tǒng)單通道通信可達(dá)1.5Gbps，WDM傳輸速率可達(dá)3.4Gbps。隨著可見光通信研究的深入，可見光通信系統(tǒng)的通信速率可達(dá)100Mbps。二零一四年，有研究學(xué)者提出了正交頻分復(fù)用調(diào)制的LED通信系統(tǒng)，這一通信系統(tǒng)的通信速率得到了大大改善，可達(dá)3Gbps。

2.2 國內(nèi)可見光通信研究現(xiàn)狀

較比國外，我國在可見光通信方面的研究起步較晚，但是在國內(nèi)研究學(xué)者的共同努力下，我國在可見光通信技術(shù)研究中也取得了較大成果。早在二零零六年[2]，暨南大學(xué)陳長纓、胡國永等人成功地研制了白光LED通信系統(tǒng)，這一通信系統(tǒng)于二零一零年在上海世博會(huì)上進(jìn)行了相關(guān)展示。二零一四年，中國可見光通信產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟成立，二零一五年，解放軍工程大學(xué)的宏毅教授在可見光通信關(guān)鍵技術(shù)研究中取得了巨大突破，這一突破主要表現(xiàn)在通信速率上，可見光通信速率可到50Gbps。復(fù)旦大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)采用基于QAW-OFDM調(diào)制的RGB-LED實(shí)現(xiàn)雙向短距離通信，上行速率可達(dá)300Mbps，下行速率可達(dá)1.15Gbps。隨著我國在可見光通信技術(shù)研究的不斷深入，可見光通信系統(tǒng)的傳輸速率也得到了大大提升，通信距離也得到了延長，誤碼率也得到了降低，尤其是16QAM-OFDM調(diào)制技術(shù)的可見光通信系統(tǒng)，其傳輸速率可達(dá)682Mbps。

3 可見光通信應(yīng)用前景分析

3.1 室內(nèi)定位

室內(nèi)定位是可見光通信技術(shù)應(yīng)用的一個(gè)主要層面。在室內(nèi)定位中，會(huì)用到WIFI、ZigBee、RFID、地磁定位和LED可見通信等。室內(nèi)環(huán)境相對(duì)比較封閉，在室內(nèi)通信時(shí)，需要保持信號(hào)暢通、不受干擾，而可見光通信不受電磁干擾的有點(diǎn)，可應(yīng)用于地下停車場(chǎng)自動(dòng)導(dǎo)航、大型商場(chǎng)導(dǎo)購等。在室內(nèi)定位中，通過LED調(diào)制器，將定位ID轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)，驅(qū)動(dòng)LED燈具，光接受器接收到光信號(hào)后，可通過發(fā)送器傳送到移動(dòng)設(shè)備上，移動(dòng)設(shè)備通過解碼，然后獲得相應(yīng)的室內(nèi)坐標(biāo)。

3.2 門禁系統(tǒng)

門禁系統(tǒng)為人們的安全出行提供了保障，安裝門禁系統(tǒng)，可以防止陌生人進(jìn)出，尤其是在一些重要的場(chǎng)所。我國當(dāng)前使用的門禁系統(tǒng)大多應(yīng)用了可見光通信技術(shù)?？梢姽馔ㄐ啪哂斜Ｃ苄?、通信安全、不易竊聽和不易破解等優(yōu)點(diǎn)，將其應(yīng)用到門禁系統(tǒng)，可以提高該系統(tǒng)的安全性。一般而言，用戶可以借助智能手機(jī)登錄服務(wù)器并獲取動(dòng)態(tài)密碼，可見光通信系統(tǒng)可將面膜信息傳送到門禁系統(tǒng)的光接收器，光接收器收到光信號(hào)后，解碼并與服務(wù)器的密碼進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證通過后，打開電子鎖。

3.3 智能交通

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，交通事業(yè)也得到了飛速發(fā)展，而要想促進(jìn)我國交通事業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展，就需要交通進(jìn)行有效的控制。以往，交通管控是靠人力完成的，這種方式效率比較低，而隨著可見光通信技術(shù)的應(yīng)用推廣，智能交通逐漸誕生。智能交通是利用燈光建立數(shù)據(jù)鏈路，實(shí)現(xiàn)車輛之間的數(shù)據(jù)通信?；诳梢姽馔ㄐ偶夹g(shù)，車輛通過照明大燈發(fā)送光信號(hào)，路燈上裝有光信號(hào)接收器，可接受來自車輛發(fā)送的光信號(hào)，并將光信號(hào)上傳[3]。同時(shí)，車輛還可以通過車頂安裝的光接收器，接受路燈的回傳信息，從而實(shí)現(xiàn)交通智能調(diào)度。另外，在可見光通信技術(shù)的支持下，通信系統(tǒng)還可以進(jìn)行智能判斷，以避免車輛在行駛過程中發(fā)生碰撞。

3.4 燈光上網(wǎng)

隨著互聯(lián)網(wǎng)的普及，網(wǎng)絡(luò)給我們的生活、工作帶來了巨大便利，但是有的地方會(huì)受到各種因素的影響，使得網(wǎng)絡(luò)無法普及，信息無法及時(shí)傳輸。而可見光通信技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)有光的地方就能通信?；诳梢姽馔ㄐ诺臒艄馍暇W(wǎng)設(shè)備LIFI-X，當(dāng)我們從室外走到室內(nèi)，在LIFI燈光下，既可以建立LIFI數(shù)據(jù)鏈路，我們可以將移動(dòng)設(shè)備接入LIFI上網(wǎng)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信[4]。同時(shí)，LIFI上網(wǎng)設(shè)備采用全雙工通信模式，上傳速率可達(dá)40Mbps，下載速度可到40Mbps，采用USB接口連接電腦，采用USB供電，具有保密通信功能，且支出多用戶接入。

3.5 智慧城市

信息化時(shí)代里，智慧城市的發(fā)展已成為必然，這種必然將改變城市風(fēng)貌，改變城市生產(chǎn)、生活方式，有助于實(shí)現(xiàn)對(duì)城市的精細(xì)化管理，降低環(huán)境污染，解決交通擁堵等問題，從而推動(dòng)城市的可持續(xù)發(fā)展[5]?？梢姽馔ㄐ偶夹g(shù)可應(yīng)用于現(xiàn)代城市發(fā)展中，有助于智慧城市的構(gòu)建。在可見光通信技術(shù)的支持下，可以構(gòu)建完善的路燈系統(tǒng)和LED顯示屏，通過這些路燈和LED顯示屏，可以及時(shí)發(fā)布城市相關(guān)信息，如交通事故信息和交通擁堵狀況，從而幫助駕駛員更好地規(guī)劃路線。再如，在發(fā)生自然災(zāi)害時(shí)，借助光通信技術(shù)，可以發(fā)布相關(guān)信息，幫助民眾規(guī)劃最佳逃生線路。

4 可見光通信發(fā)展方向分析

4.1 超高速

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們的生活質(zhì)量也得到了改善，對(duì)通信方面的需求也會(huì)越來越高，這種需求迫切要求我們改善可見光通信在信息傳輸方面的性能。目前，可見光通信在通信速率上得到了改善，但是隨著傳輸數(shù)據(jù)的不斷擴(kuò)大，現(xiàn)有的可見光通信技術(shù)勢(shì)必?zé)o法滿足人們的通信需求。對(duì)此，在微辣的可見光通信中，研究者必須做好技術(shù)攻關(guān)，朝著超高速的傳輸方向邁進(jìn)。

4.2 超大容量波分復(fù)用系統(tǒng)

在通信系統(tǒng)中，通信系統(tǒng)容量的大小直接影響到了寬帶資源的利用率，就目前來看，可見光通信系統(tǒng)資源還沒有得到充分的挖掘，必須加大超大容量系統(tǒng)的研究[6]。超大容量波分復(fù)用系統(tǒng)，一方面可以利用光纖巨大的寬帶資源，使得通信系統(tǒng)容量擴(kuò)大，另一方面通過超大容量系統(tǒng)，可以節(jié)約可見光通信成本。為此，深入超大容量波分復(fù)用系統(tǒng)研究必將成為可見光通信技術(shù)研究的一大方向。

4.3 融合發(fā)展

隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，IP業(yè)務(wù)量也在與日劇增，對(duì)通信要求也越來越高。雖然可見光通信較好地迎合了人們?cè)谕ㄐ欧矫娴男枨螅强梢姽馔ㄐ乓泊嬖谝欢ǖ谋锥?。?duì)此，我們必須深入技術(shù)研究[7]。在信息技術(shù)飛速發(fā)展的當(dāng)下，融合發(fā)展是我國通信領(lǐng)域發(fā)展的一大趨勢(shì)，尤其是對(duì)于可見光通信技術(shù)，要想不斷提高其性能，在做好技術(shù)攻關(guān)的同時(shí)，要深入借鑒其他通信技術(shù)，尤其是光纖，實(shí)現(xiàn)多種通信技術(shù)的融合，從而更好地滿足人們的通信需求，滿足社會(huì)發(fā)展需要。

4.4 實(shí)現(xiàn)光聯(lián)網(wǎng)

對(duì)于通信領(lǐng)域而言，超高速度、超大容量和超長距離傳輸一直是人們追求的目標(biāo)，而全光網(wǎng)絡(luò)也是人們不懈追求的夢(mèng)想。隨著國際化合作水平不斷加深，我國與國外之間的交流也日益密切。未來的高速通信網(wǎng)將是全光網(wǎng)，全光網(wǎng)是通信技術(shù)發(fā)展的最高階段，也是理想階段。盡管普通的點(diǎn)到點(diǎn)波分復(fù)用通信系統(tǒng)傳輸容量較大，但是這種傳輸僅僅是提供最原始的傳輸寬帶，傳輸系統(tǒng)靈活性不夠還。而實(shí)現(xiàn)光聯(lián)網(wǎng)一方面可以實(shí)現(xiàn)超大容量光網(wǎng)絡(luò)，拓展網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，增加網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)量，提高網(wǎng)絡(luò)的靈活性。同時(shí)，通過光聯(lián)網(wǎng)，可以實(shí)現(xiàn)不同制式的信號(hào)的連接[8]。

5 結(jié)語

綜上，可見光通信作為一種通信技術(shù)，這種通信技術(shù)頻譜豐富、無電磁輻射、高保密性，較好地迎合了人們?cè)谕ㄐ欧矫娴男枨蟆，F(xiàn)階段，可見光通信技術(shù)研究還處于摸索階段，但是其應(yīng)用前景非常好，不僅可以用于室內(nèi)無線接入，還可以實(shí)現(xiàn)室內(nèi)定位、智慧交通、智慧城市?；诳梢姽馔ㄐ偶夹g(shù)的優(yōu)勢(shì)，我們需要不斷探索和研究，不斷改進(jìn)可見光通信性能，從而更好地服務(wù)社會(huì)發(fā)展，為人類造福。

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