可見光通信應用前景與發展探析

王文旭 吳倍駿

摘 要：可見光通信是一種利用可見光波普進行數據傳輸的一種無線通信技術，與其他無線通信技術相比，可見光通信技術具有頻譜資源豐富、通信安全性高、抗電磁干擾性強等特點，也正是因為這些特點，使得可見光通信有著廣泛的應用前景。本文就可見光通信應用前景與發展作了相關探究。

關鍵詞：可見光通信;應用前景;發展

0 引言

隨著人們生活水平的提高，對通信方面的要求也越來越高，在這種環境下，人們開始致力于通信技術研究，一些通信技術開始走進人們的生活，較好地迎合了人們的生活需求。近年來，隨著半導體照明技術的普及，基于LED的可見光通信技術開始引起了人們的廣泛關注，并逐漸成為研究熱點。可見光通信具有無電磁輻射、無需占用無線通信波段、通信安全性高等優點，在我國現代社會中得到了廣泛的應用。

1 可見光通信的概述

可見光通信技術就是利用熒光燈或發光二極管等發出人眼可以看到的高速明暗閃爍信號來傳輸信息的一種通信技術。與其他通信技術相比，可見光通信可以利用照明設備代替無線LAN局域網基站發射信號，且其通信速度可達到每秒數百兆。在可見光通信技術的支持下，用戶可以長時間下載和上傳高清圖像、動畫等數據。另外，可見光通信保密性高，可見光通信是利用LED等的閃爍進行信息傳輸的，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以外的人泄漏。

2 可見光通信國內外研究現狀

可見光通信作為一種通信技術，這種通信技術具有其他通信技術不可比擬的優越性。國內外對可見光通信技術都進行了相關研究，并且取得了一定的成就。筆者就國內外在可見光通信方面的研究作了相關總結。

2.1 國外可見光通信研究現狀

早在二零零零年[1]，日本的研究學者就提出了白光LED應用于室內無線通信的概念，并通過科學的計算和分析，證實了白光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的影響并給出了相應的解決方法。二零零四年，可見光通信的研究得到了進一步深入，由日本研究者展示了LED可見光通信系統，并證實了可見光通信在應用于手持設備和車載計算設備。二零一零年，美國加州大學提出了可見光通信在移動設備上的應用。二零一二年，意大利有研究者提出了基于離散多頻調制的RGB LED白光通信系統，并證實了該系統單通道通信可達1.5Gbps，WDM傳輸速率可達3.4Gbps。隨著可見光通信研究的深入，可見光通信系統的通信速率可達100Mbps。二零一四年，有研究學者提出了正交頻分復用調制的LED通信系統，這一通信系統的通信速率得到了大大改善，可達3Gbps。

2.2 國內可見光通信研究現狀

較比國外，我國在可見光通信方面的研究起步較晚，但是在國內研究學者的共同努力下，我國在可見光通信技術研究中也取得了較大成果。早在二零零六年[2]，暨南大學陳長纓、胡國永等人成功地研制了白光LED通信系統，這一通信系統于二零一零年在上海世博會上進行了相關展示。二零一四年，中國可見光通信產業技術創新聯盟成立，二零一五年，解放軍工程大學的宏毅教授在可見光通信關鍵技術研究中取得了巨大突破，這一突破主要表現在通信速率上，可見光通信速率可到50Gbps。復旦大學研究團隊采用基于QAW-OFDM調制的RGB-LED實現雙向短距離通信，上行速率可達300Mbps，下行速率可達1.15Gbps。隨著我國在可見光通信技術研究的不斷深入，可見光通信系統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調制技術的可見光通信系統，其傳輸速率可達682Mbps。

3 可見光通信應用前景分析

3.1 室內定位

室內定位是可見光通信技術應用的一個主要層面。在室內定位中，會用到WIFI、ZigBee、RFID、地磁定位和LED可見通信等。室內環境相對比較封閉，在室內通信時，需要保持信號暢通、不受干擾，而可見光通信不受電磁干擾的有點，可應用于地下停車場自動導航、大型商場導購等。在室內定位中，通過LED調制器，將定位ID轉換成相應的電信號，驅動LED燈具，光接受器接收到光信號后，可通過發送器傳送到移動設備上，移動設備通過解碼，然后獲得相應的室內坐標。

3.2 門禁系統

門禁系統為人們的安全出行提供了保障，安裝門禁系統，可以防止陌生人進出，尤其是在一些重要的場所。我國當前使用的門禁系統大多應用了可見光通信技術。可見光通信具有保密性、通信安全、不易竊聽和不易破解等優點，將其應用到門禁系統，可以提高該系統的安全性。一般而言，用戶可以借助智能手機登錄服務器并獲取動態密碼，可見光通信系統可將面膜信息傳送到門禁系統的光接收器，光接收器收到光信號后，解碼并與服務器的密碼進行驗證，驗證通過后，打開電子鎖。

3.3 智能交通

隨著我國經濟的快速發展，交通事業也得到了飛速發展，而要想促進我國交通事業的穩定發展，就需要交通進行有效的控制。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的應用推廣，智能交通逐漸誕生。智能交通是利用燈光建立數據鏈路，實現車輛之間的數據通信。基于可見光通信技術，車輛通過照明大燈發送光信號，路燈上裝有光信號接收器，可接受來自車輛發送的光信號，并將光信號上傳[3]。同時，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，從而實現交通智能調度。另外，在可見光通信技術的支持下，通信系統還可以進行智能判斷，以避免車輛在行駛過程中發生碰撞。

3.4 燈光上網

隨著互聯網的普及，網絡給我們的生活、工作帶來了巨大便利，但是有的地方會受到各種因素的影響，使得網絡無法普及，信息無法及時傳輸。而可見光通信技術可以實現有光的地方就能通信。基于可見光通信的燈光上網設備LIFI-X，當我們從室外走到室內，在LIFI燈光下，既可以建立LIFI數據鏈路，我們可以將移動設備接入LIFI上網設備，實現網絡通信[4]。同時，LIFI上網設備采用全雙工通信模式，上傳速率可達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

信息化時代里，智慧城市的發展已成為必然，這種必然將改變城市風貌，改變城市生產、生活方式，有助于實現對城市的精細化管理，降低環境污染，解決交通擁堵等問題，從而推動城市的可持續發展[5]。可見光通信技術可應用于現代城市發展中，有助于智慧城市的構建。在可見光通信技術的支持下，可以構建完善的路燈系統和LED顯示屏，通過這些路燈和LED顯示屏，可以及時發布城市相關信息，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劃路線。再如，在發生自然災害時，借助光通信技術，可以發布相關信息，幫助民眾規劃最佳逃生線路。

4 可見光通信發展方向分析

4.1 超高速

隨著經濟的快速發展，人們的生活質量也得到了改善，對通信方面的需求也會越來越高，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，但是隨著傳輸數據的不斷擴大，現有的可見光通信技術勢必無法滿足人們的通信需求。對此，在微辣的可見光通信中，研究者必須做好技術攻關，朝著超高速的傳輸方向邁進。

4.2 超大容量波分復用系統

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

4.3 融合發展

隨著計算機網絡技術的發展，IP業務量也在與日劇增，對通信要求也越來越高。雖然可見光通信較好地迎合了人們在通信方面的需求，但是可見光通信也存在一定的弊端。對此，我們必須深入技術研究[7]。在信息技術飛速發展的當下，融合發展是我國通信領域發展的一大趨勢，尤其是對于可見光通信技術，要想不斷提高其性能，在做好技術攻關的同時，要深入借鑒其他通信技術，尤其是光纖，實現多種通信技術的融合，從而更好地滿足人們的通信需求，滿足社會發展需要。

4.4 實現光聯網

對于通信領域而言，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，而全光網絡也是人們不懈追求的夢想。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。未來的高速通信網將是全光網，全光網是通信技術發展的最高階段，也是理想階段。盡管普通的點到點波分復用通信系統傳輸容量較大，但是這種傳輸僅僅是提供最原始的傳輸寬帶，傳輸系統靈活性不夠還。而實現光聯網一方面可以實現超大容量光網絡，拓展網絡節點，增加網絡業務量，提高網絡的靈活性。同時，通過光聯網，可以實現不同制式的信號的連接[8]。

5 結語

綜上，可見光通信作為一種通信技術，這種通信技術頻譜豐富、無電磁輻射、高保密性，較好地迎合了人們在通信方面的需求。現階段，可見光通信技術研究還處于摸索階段，但是其應用前景非常好，不僅可以用于室內無線接入，還可以實現室內定位、智慧交通、智慧城市。基于可見光通信技術的優勢，我們需要不斷探索和研究，不斷改進可見光通信性能，從而更好地服務社會發展，為人類造福。

參考文獻

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