可見(jiàn)光通信技術(shù)與電力線通信技術(shù)的融合

◎ 清華大學(xué)電子工程系教授 宋 健

可見(jiàn)光通信技術(shù)與電力線通信技術(shù)的融合

◎ 清華大學(xué)電子工程系教授 宋 健

可見(jiàn)光通信具有很好的發(fā)展前景，根據(jù)預(yù)測(cè)，到2018年市場(chǎng)份額將超過(guò)60億美元，年增長(zhǎng)率將達(dá)到80%。我們團(tuán)隊(duì)根據(jù)過(guò)去的研究和對(duì)可見(jiàn)光的理解，認(rèn)為獨(dú)立的照明光源，背后需要有網(wǎng)絡(luò)連接起來(lái)。如果能夠接觸可見(jiàn)光通信，就可以把將些孤島聯(lián)系成照明網(wǎng)絡(luò)。這將有利于可見(jiàn)光技術(shù)在照明網(wǎng)絡(luò)方面迅速發(fā)揮作用。

在可見(jiàn)光領(lǐng)域我們團(tuán)隊(duì)針對(duì)商用、普通的LED燈，一方面是以照明為主，在兼顧可見(jiàn)光通信的基礎(chǔ)上展開(kāi)，可以看到高速方面，在現(xiàn)有的條件下還有改進(jìn)空間，這個(gè)是高速率方面的應(yīng)用考慮。另一方面的工作是高清技術(shù)電視的視頻展示，在這方面技術(shù)比較貼合應(yīng)用。從目前的統(tǒng)計(jì)來(lái)看，50%的應(yīng)用于視頻，從視頻角度來(lái)看，利用可見(jiàn)光技術(shù)給人們提供一個(gè)通道，在一定的范圍內(nèi)很多人可能可以共享一個(gè)視頻。此外，更多的是做定位服務(wù)。從應(yīng)用角度來(lái)說(shuō)，其體現(xiàn)出更直接、更快的特點(diǎn)。可見(jiàn)光技術(shù)的各種應(yīng)用使得一些高速大容量的信息推送成為了可能。

可見(jiàn)光通信具有很好的發(fā)展前景，根據(jù)預(yù)測(cè)，到2018年市場(chǎng)份額將超過(guò)60億美元，年增長(zhǎng)率將達(dá)到80%。獨(dú)立的照明光源，背后需要有網(wǎng)絡(luò)連接起來(lái)。如果能夠接觸可見(jiàn)光通信，就可以把將些孤島聯(lián)系成照明網(wǎng)絡(luò)。這將有利于可見(jiàn)光技術(shù)在照明網(wǎng)絡(luò)方面迅速發(fā)揮作用。

除此之外，我們也基于攝像頭、傳感器把對(duì)應(yīng)用做進(jìn)一步提高，這方面的研究工作一些相關(guān)學(xué)校正在開(kāi)展中。例如，針對(duì)地下車庫(kù)，車主忘記停車的位置，借助LED燈和每個(gè)燈上的信息，就可以向車主手機(jī)提供信息，進(jìn)而幫助車主迅速找到自己的車，這方面的研究工作開(kāi)展得比較早。2005年，我們就已經(jīng)開(kāi)始了可見(jiàn)光在電器中的應(yīng)用性研究。

以上是我們過(guò)去的工作基礎(chǔ)。對(duì)于未來(lái)的發(fā)展前景，可能在座來(lái)自科研單位、企業(yè)界的嘉賓都有自己的想法。我們基于對(duì)可見(jiàn)光通信的初步認(rèn)識(shí)，提出了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架。

如果將孤立的信息變成網(wǎng)絡(luò)，用電力線組成，同時(shí)提供信息的通過(guò)，可以提高LED的應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)每個(gè)燈下發(fā)到用戶終端。我們知道傳輸?shù)捻?xiàng)目可能帶來(lái)信息容量的損失，但作為開(kāi)始的初步工作，可以提供很好的覆蓋，也就是說(shuō)，在當(dāng)今照明的情況下，接收不到信息，從而帶來(lái)保密性和抗干擾能力。

我們還考慮利用電力線和燈的組合，這個(gè)關(guān)系電力線和可見(jiàn)光是不是與Wi-Fi一樣？實(shí)際上是形式一樣內(nèi)容不一樣，形式是都是用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，但在Wi-Fi上傳輸?shù)男畔⑴c這里的傳輸信息是不同的。

我們需要對(duì)成本、擾源、上下行可按需的分配，以及拓展性進(jìn)行考慮。電力線物理結(jié)構(gòu)的一致性可以幫助我們避免在改造上出現(xiàn)過(guò)高的成本。隨著用戶數(shù)量增長(zhǎng)以及需求的多樣化，如何協(xié)調(diào)用戶需求需要我們進(jìn)行考慮。在一些固定的應(yīng)用場(chǎng)合，我們的可見(jiàn)光通信技術(shù)已全能夠提供超高速的數(shù)據(jù)下載。

基于工作實(shí)踐，我有一些想法。一個(gè)是頻譜。例如，兩兆以上的PLC，有專家提到是否可以放在手機(jī)里。答案是可以的，在系統(tǒng)方面將可以獲得更多的成果，其好處是在系統(tǒng)里可以實(shí)現(xiàn)與定位相關(guān)的融合。這也為系統(tǒng)的應(yīng)用打下了基礎(chǔ)。另一個(gè)是在信息方面，我們采用的是8.2.11和PLC結(jié)構(gòu)。因?yàn)橥ㄟ^(guò)這種有機(jī)組合，能夠避免發(fā)生不良事件。我們要做到照明為主兼顧通信，實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶應(yīng)用的進(jìn)一步支持。另外，還有多址方案，我們可以根據(jù)用戶收到的信號(hào)強(qiáng)度的強(qiáng)弱，合理地設(shè)計(jì)用戶需要的服務(wù)資源。最大限度地利用這種方式將能夠?yàn)橛脩籼峁└玫姆?wù)。

在電力方面可見(jiàn)光與PLC可以有多種結(jié)合方式。

第一種是變電站里。根據(jù)我們實(shí)地考察經(jīng)驗(yàn)，變電站里設(shè)置了電磁屏蔽，應(yīng)該沒(méi)有手機(jī)信號(hào)。如果要進(jìn)行定位，確保巡檢人員處于安全范圍內(nèi)，就需要應(yīng)用可見(jiàn)光通信技術(shù)。因?yàn)椋谧冸娬纠锸怯姓彰鞯模覀兿Ｍ梢?jiàn)光通信在其中能夠發(fā)揮作用，這還需要做一些技術(shù)驗(yàn)證。

第二種是衛(wèi)生部目前在試點(diǎn)醫(yī)院里面對(duì)電磁敏感做的試點(diǎn)。我們希望可見(jiàn)光通信，特別是視頻傳輸，能夠在其中發(fā)揮作用。未來(lái)我們需要進(jìn)一步嘗試，并對(duì)已有的系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步驗(yàn)證。

第三種是在一些娛樂(lè)方面的應(yīng)用。北京地鐵5號(hào)線應(yīng)用了PLC技術(shù)定位。我們希望可以與可見(jiàn)光通信技術(shù)相結(jié)合，在使行駛的車箱中進(jìn)行視頻廣播，乘客可以戴耳機(jī)聽(tīng)，互相之間沒(méi)有干擾。

還有一些應(yīng)用，如在購(gòu)物中心的定位導(dǎo)航等，這些都需要有一個(gè)交互的智能終端。我們?cè)谇懊嫣岬降陌l(fā)布PLC的網(wǎng)絡(luò)和傳輸器，可以將信息加載在上面，通過(guò)LED燈將信息傳遞出來(lái)，然后采用一種適合的方式傳輸?shù)街悄芙K端里。

我相信，隨著我們聯(lián)盟設(shè)備的升級(jí)、可見(jiàn)光研究和產(chǎn)業(yè)化工作的逐步深入，未來(lái)將有非常廣闊的前景和寶貴的機(jī)遇。例如，讓手機(jī)生產(chǎn)廠商接受我們?cè)诳梢?jiàn)光方面的系統(tǒng)設(shè)置，接受可見(jiàn)光無(wú)線通信方式和有線通信方式結(jié)合的方式。

目前，我們團(tuán)隊(duì)正在考慮VLC-PLC的深度融合問(wèn)題。我們非常希望，也非常愿意在聯(lián)盟的統(tǒng)一指揮下，配合其他高校院所、企業(yè)機(jī)構(gòu)一起進(jìn)行探討可見(jiàn)光的相關(guān)問(wèn)題，將工作做扎實(shí)，最后一起為推動(dòng)VLC-PLC的發(fā)展應(yīng)用作出貢獻(xiàn)。

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