“點光成網”——面向地下空間通信盲區的照明協同中繼一體化終端

摘 要：文中設計了三種類型的“點光者”終端，多種類型相互配合，以實現多路合成、單路分發等復雜的功能，解決抗遮擋問題，滿足靈活組網的需求。在傳輸速率達到Gb/s級別的同時保證了較低的誤碼率。

關鍵詞：地下空間；通信系統；可見光

隨著我國經濟高速發展，城市化程度加深，科學高效地開發、利用地下空間資源的需求越來越迫切。然而，目前傳統通信方式在地勢環境復雜多變，電磁干擾強的地下環境中，不可避免地造成通信覆蓋范圍殘缺，也由此出現通信盲區，并使地下空間數字化、智能化建設面臨嚴峻的挑戰。因此，于地下空間中搭建可以實現大容量、長距離、抗遮擋、高可靠的通信系統迫在眉睫。

另一方面，伴隨人類活動范圍的擴大，地下空間對全天候、不間斷、廣覆蓋的照明需求與日劇增。與此同時，利用地下空間照明設施實現信息傳遞與交互，可有效彌補當前地下空間網絡覆蓋不足的問題。為此，團隊基于LED可見光通信技術，研發了適用于地下空間的照明協同中繼一體化終端——“點光者”。

地下通信的應用環境復雜多變，可見光信道以非視距鏈路為主，為了使地下可見光通信覆蓋面滿足通信需求，團隊設計了三種類型的“點光者”終端，多種類型相互配合，以實現多路合成、單路分發等復雜的功能，滿足靈活組網的需求。實物如圖1所示。

圖1 實物圖

信息源將信息調制至可見光載波中，并輸出至主鏈路，“點光者”Ⅰ型作為第1級輸入，實現單路分發功能，將光信息流復制并分發至1號分支鏈路與2號分支鏈路。隨后，以1號分支鏈路為例，可見光信號通過兩個“點光者”Ⅲ型，實現了光信號的變向轉發。光信號經過兩個“點光者”Ⅲ型轉發至“點光者”Ⅱ型，完成多路光信號的合成，最后再將信號發送至接收終端構建“點光成網”的光網絡。在整個過程中，各終端設備位置均由全光網絡覆蓋算法確定，以消除通信盲區，當1號鏈路被遮擋時，系統可根據抗遮擋算法輸出結果隨即切換至2號分支鏈路，從而實現抗遮擋功能。系統原理如圖2所示。

圖2 系統原理

“點光者”兼顧地下空間的照明需求和通信需求，為地下空間的深入發展提供了便利，因此其具有較大的發展前景和廣闊的市場空間。本作品預備進軍的行業領域發展尚處于早期，具有較大的市場潛力。“點光者”可見光中繼終端的技術功能主要面向地下空間的通信需求，因此其主要目標市場是智慧礦產行業、智慧交通行業、地下商業體行業和市政管理部門。但這僅僅也是市場的一部分。可以說，“點光者”目標市場的范圍之廣超乎想象。

目前，地下空間的開發利用仍處于不斷擴大發展過程中，在此背景下，“點光者”可見光中繼終端所面向的將是覆蓋數十個場景、數百種行業的巨型市場，其規模或將突破萬億級別，成為新時代地下通信系統中難以替代的一部分。此外，“點光者”還具有一定的經濟效益，不僅能夠減少碳排放，減少安全事故的發生，更能降本增效。經過估算，合理的可見光中繼項目可以為應用企業降低約20%的成本，提升約30%的效益，且其應用的正面效益遠大于負面效益。

目前，“點光者”可見光中繼終端設備仍處于研發階段，部分功能需要進一步完善。但我們相信，“點光者”的研發技術會越來越成熟。未來，“點光者”能夠為地下空間的智能化信息建設做出貢獻，助力全國乃至世界更快更好利用更多的地下空間資源。