●可見光通信能避免電磁干擾和信號泄露,構建安全信息空間
●賦予燈光照明網絡通信功能,破解電磁頻譜資源匱乏困局
本期邀請信息工程大學信息系統工程學院于宏毅教授為您講述——

可見光通信︰構建綠色高速信息網絡

來源︰ 解放軍報作者︰ 楊克功 宋文 朱義君責任編輯︰陳麗娜2016-01-14

 

核心提示

可見光通信,是指利用熒光燈或發光二極管發出的高速明暗變化光信號來傳輸信息的一種技術手段。與無線電通信相比,可見光通信開拓了新的頻譜資源,它的傳輸速率、安全性和私密性極高,無電磁干擾和輻射,也無需頻段許可授權,借助LED燈就可低成本實現高速率無線通信,是典型的綠色通信技術。在2015年被聯合國定為“光和光基技術國際年”後,可見光通信的價值和應用潛力為更多人所熟 知,已成為世界各國競相角逐的下一代核心通信技術。

技術發展迅猛——

開闢嶄新頻譜資源

當下,無線通信業務與應用的海量需求促使射頻識別、藍牙、超寬帶、WiFi等無線通信技術層出不窮,也加劇了無線電頻譜資源的供求矛盾。為尋求新的頻譜資源和信息傳輸媒介,科學家把目光轉向了可見光,並在短時間內取得突破性進展。

1998年香港大學首先提出室外可見光通信概念。兩年後,日本科學家提出以LED燈作為通信基站,進行室內無線通信的構想,並開展了基礎理論研究。歐美各國把重點放在提高通信性能的技術難題上,英國一度把離線速率刷新到10Gbit/s。2008年,美國覺察到可見光通信的重大科研價值後,政府投資1.85億美元啟動“智慧照明”項目,計劃10年內開發LED無線通信智能照明架構。

中國科學院于2008年啟動基于可見光通信的“半導體照明信息網”研究,國家973計劃和863計劃分別設置可見光通信技術重點研究項目。2014年,解放軍信息工程大學牽頭組建“中國可見光通信產業技術創新戰略聯盟”,將可見光通信的實時傳輸速率提高到50Gbps、調制帶寬提高到430Mbps。

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專家小傳︰于宏毅,解放軍信息工程大學信息系統工程學院院長,博士生導師,國家863計劃項目“可見光通信系統關鍵技術研究”首席專家;國家教學成果一等獎1項、國家科技進步二等獎1項、軍隊(省部級)科技進步一等獎1項、國家發明專利授權11項,出版專著2部。

蘊含巨大價值——

有燈的地方就可通信

有效性、可靠性和深度覆蓋是檢驗通信系統的核心指標。相較于傳統無線電通信,可見光通信在這些方面優勢非常突出,它的頻段介于400THz-800THz之間,是無線頻譜的近1萬倍,蘊含著巨大通信容量。相較于無線電通信對設備的高度依賴,很難達到泛在覆蓋,可見光通信能通過電力線連接全球440億盞室內外照明燈具,借助廣泛覆蓋的照明網絡即可實現“照中通”,達到“有燈的地方就可通信”,非常容易得到普及,可有效解決通信的“末端接入”和“深度覆蓋”問題。

相比高速寬帶無線電通信,可見光通信的發射器件是普通照明LED燈,接收器件是光電二級管或圖像傳感器,結構簡單,成本低廉,屬典型的綠色通信技術。同時,可見光具有定向輻射、快速衰減的特性,使其覆蓋範圍可控可限,大大降低了無線信號泄露的概率,竊取和干擾非常困難,通信安全可以得到保證。依托這些技術優勢,可見光通信使得幾乎無處不在的普通照明設備搖身一變,具備了“無線路由器”“通信基站”“網絡接入點”的功能。

產業化前景廣闊——

將與無線通信技術深度融合

2013年以來,隨著可見光通信關鍵技術的不斷突破,其推廣應用迎來高潮,產業化步伐不斷加速。需要指明的是,在應用上可見光通信並不是要替代現有無線通信技術,而是與其深度融合,相互補充。

依托廣泛覆蓋的照明網絡,可見光通信可促成互聯網、廣播電視網、移動通信網和電力網的深度融合,徹底打破目前“有線不便捷、無線不寬帶、移動難覆蓋”的窘境,破解未來無線通信如何實現高速傳輸、高密度接入、深度覆蓋的問題。2013年,日本公司研發的可見光通信街燈系統投入實際測試,通信速度約100Mbps,有效範圍可達200米。

保障敏感區域安全通信也是可見光通信的主要應用方向。2014年10月,我國首個基于可見光通信的煤礦井下綜合信息示範系統在平煤集團煤礦巷道中安裝測試成功,可安全實現無線上網、井下導航定位、廣播告警等功能。

2013年10月,中國深圳光啟公司商用光子會議系統亮相第十五屆深圳高交會,實現了文字和多媒體信息通過LED燈光進行傳輸的功能。據日本媒體報道,日本Takaya研發出的汽車間可見光通信系統,速率也達到10Mbps。

在軍事應用方面,可見光通信在海洋水下安全通信等領域得到廣泛應用。2014年5月,日本東洋電機研發出水下可見光高速通信裝置,最大通信速率達到50Mbps。美國伍茲霍爾海洋研究所也有可見光應用于軍事領域的相關報道,美國海軍利用藍綠光透明窗口開始為艦船探索新的通信方式。

目前,可見光通信尚處于大規模產業化的啟動階段。早在2012年,我國著名信息通信專家鄔江興院士就提出“可見光通信產業將是具有萬億元級年產值的戰略新興領域。”此後,歐洲《2014年可見光通信組織市場調查報告》也預測,該產業年增長率可達84.9%,2022年產值將達到約2千億美元。隨著照明與通信深度融合技術、光學器件和反向鏈路技術等關鍵技術的進一步發展,這束璀璨的綠色信息之光必將很快照亮中國!

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