照明約束下的可見光通信技術

◎ 中國科技大學無線電光通信與網絡研究中心主任 徐正元

照明約束下的可見光通信技術

◎ 中國科技大學無線電光通信與網絡研究中心主任 徐正元

照明約束下的可見光通信技術，就是照明與通信的融合。目前，移動通信正處于快速發展的階段，關注的熱點是進一步提高通信的容量和速率。由于很多是定型產業，如技術和調試，還有一些覆蓋區域的細分等，這些技術看起來可以提升系統的容量，但隨著技術的演進，增量越來越小，投入和產出越來越不成比例，很多學者開始考慮拓展思路。

無線接入的頻段是比較有限的，工作頻段帶寬可能就是幾十兆HZ，所以很多學者提到高頻波段。光波是目前實驗室關注的最重要的方向，它可以覆蓋很大的范圍，從紅外到可見光、紫外光，如果將可見光用于照明，跟現有的微波波段相比有提升，但在有效利用的情況下，也存在較大的挑戰。我們設想將來的手機或者其他終端除了傳統的無線電通信以外，還有新的模式，那么將來的手機將是無線電融合的手機。這種融合，除了字面上的融合，從通信的協議到網絡層面，都有深度的融合。

照明約束下的可見光通信技術，就是照明跟通信的融合。LED照明的可見光通信有一個很內在的關聯，可以說LED產業本身需要升級的驅動，同時LED通信接觸了一個很好的平臺。LED照明市場目前可以說相當可觀，預測在2015年將達到500多億的規模。

應用團體可以預見一些比較廣闊的產品，這個是大容量的傳輸，涉及到信息安全，就是可見光通信在電磁波出現的一些場景，如在礦井、水下應用時我需要保護自身的信息不受其他的干擾。提供高精準的服務，像Haruyama教授已經實現的服務，超市、隧道、樓宇都可以使用。

LED照明的可見光通信有一個很內在的關聯，可以說LED產業本身需要升級的驅動，同時LED通信接觸了一個很好的平臺。LED照明市場前景目前可以說相當可觀，預測在2015年將達到500多億的規模。

國際光譜資源在國際上的競爭越來越激烈。在開拓利用光譜資源方面，美歐日近幾年均已做了大力部署。美國目前加入的這個中心是基于很多加州大學的分校做的實驗室，致力于可見光通信的定位，以及智能照明和通信網絡方面的研究。美國基礎基金自助的項目，包括比較早期的“歐米嘎”項目，還有2001年等，都有相關的人員和基金的投入。

我國也有很多高校和科研機構在無線光通信方面進行早期的研究，如暨南大學?；貒院笪乙仓铝τ趪覍用娴捻椖苛㈨椇蛥⑴c，這些項目從2012年開始立項、研究，并有一些網絡的架構。國家發展這個項目有很多的團隊，并且深圳、其他的省市都有相應的地方政府支持，這是比較好的情況。從平臺來說，將來的光電融合勢不可當。中科院最近成立了一個組織，以及無線光通信與網絡研究中心?？傮w來說，國際國內對可見光通信技術關注度很高。

從國際專利來說，我們知道有500項，其中日本、韓國占的比例很大，有一定的歷史原因，日本、韓國做的時間比較早，中國有很多國內專利，不是國際的，集中在單發單收通信定位技術。2009年開始了標準化的概念， IEEE成立了802.15.7工作組，并于2011年發 布“IEEE 802.15.7-2011面 向802.15.7高速通信的可見光通信標準”，然后采用新型的探測器為通信的經受裝置進行可見光的數據傳輸和定位，中國通信標準化協會可見光通信技術研究課題。

市場方面，較完整的LED照明產業鏈為可見光通信奠定了較好的發展基礎，并為照明產業帶來新的增長點。2018年可見光通信產品市場規模預計可能達到40億，短期內可應用于定位與低速通信領域，未來市場將主要是基于位置的大容量服務方面。目前難點比較多，真正要進入大規模的應用階段，還要解決很多問題，如混雜光電干擾、復雜傳輸環境和脆弱鏈路、多用戶隨機進入、光源協調分配等?？梢姽馔ㄐ乓裁媾R著技術點多、涉及面廣、可參考方案少，需要形成完備的“生態系統”，探索可行化的商業模式。

將通信照明一體化，我們較為關注照明能力及通信能力。從光進行探索，如色溫、光度參數、輻射參數。每個燈具里面有很多的LED芯片，在考慮照明對通信的影響時，要分析光源照度、光譜、空間角向分布、電光響應等方面 。

超大規模O-MIMO， 從架構這塊來說，是光電協同的網絡、維羅的光網絡，以及光電的雙應用。室內的網絡除了光和電，還有聲跟光的融合。目前我們已經建立了一個LED光源性能暗室測試平臺，來自照明約束，在通信的參數調整下研究對照明的影響，還有室內可見光通信定位導航、室外交通定位。

目前我們的團隊從指標來說，已經實現了RGB的傳輸，如果考慮白色的傳輸光源，已經實現500兆速率。這有助于在研發或者產品應用的過程中，充分利用未來或者現在的照明，探索可行的交易模式，形成可行化分析系統。