◎ 中國(guó)科技大學(xué)無(wú)線電光通信與網(wǎng)絡(luò)研究中心主任 徐正元

照明約束下的可見(jiàn)光通信技術(shù)

◎ 中國(guó)科技大學(xué)無(wú)線電光通信與網(wǎng)絡(luò)研究中心主任 徐正元

照明約束下的可見(jiàn)光通信技術(shù)，就是照明與通信的融合。目前，移動(dòng)通信正處于快速發(fā)展的階段，關(guān)注的熱點(diǎn)是進(jìn)一步提高通信的容量和速率。由于很多是定型產(chǎn)業(yè)，如技術(shù)和調(diào)試，還有一些覆蓋區(qū)域的細(xì)分等，這些技術(shù)看起來(lái)可以提升系統(tǒng)的容量，但隨著技術(shù)的演進(jìn)，增量越來(lái)越小，投入和產(chǎn)出越來(lái)越不成比例，很多學(xué)者開(kāi)始考慮拓展思路。

無(wú)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(xué)者提到高頻波段。光波是目前實(shí)驗(yàn)室關(guān)注的最重要的方向，它可以覆蓋很大的范圍，從紅外到可見(jiàn)光、紫外光，如果將可見(jiàn)光用于照明，跟現(xiàn)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(zhàn)。我們?cè)O(shè)想將來(lái)的手機(jī)或者其他終端除了傳統(tǒng)的無(wú)線電通信以外，還有新的模式，那么將來(lái)的手機(jī)將是無(wú)線電融合的手機(jī)。這種融合，除了字面上的融合，從通信的協(xié)議到網(wǎng)絡(luò)層面，都有深度的融合。

照明約束下的可見(jiàn)光通信技術(shù)，就是照明跟通信的融合。LED照明的可見(jiàn)光通信有一個(gè)很內(nèi)在的關(guān)聯(lián)，可以說(shuō)LED產(chǎn)業(yè)本身需要升級(jí)的驅(qū)動(dòng)，同時(shí)LED通信接觸了一個(gè)很好的平臺(tái)。LED照明市場(chǎng)目前可以說(shuō)相當(dāng)可觀，預(yù)測(cè)在2015年將達(dá)到500多億的規(guī)模。

應(yīng)用團(tuán)體可以預(yù)見(jiàn)一些比較廣闊的產(chǎn)品，這個(gè)是大容量的傳輸，涉及到信息安全，就是可見(jiàn)光通信在電磁波出現(xiàn)的一些場(chǎng)景，如在礦井、水下應(yīng)用時(shí)我需要保護(hù)自身的信息不受其他的干擾。提供高精準(zhǔn)的服務(wù)，像Haruyama教授已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的服務(wù)，超市、隧道、樓宇都可以使用。

LED照明的可見(jiàn)光通信有一個(gè)很內(nèi)在的關(guān)聯(lián)，可以說(shuō)LED產(chǎn)業(yè)本身需要升級(jí)的驅(qū)動(dòng)，同時(shí)LED通信接觸了一個(gè)很好的平臺(tái)。LED照明市場(chǎng)前景目前可以說(shuō)相當(dāng)可觀，預(yù)測(cè)在2015年將達(dá)到500多億的規(guī)模。

國(guó)際光譜資源在國(guó)際上的競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈。在開(kāi)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(guó)目前加入的這個(gè)中心是基于很多加州大學(xué)的分校做的實(shí)驗(yàn)室，致力于可見(jiàn)光通信的定位，以及智能照明和通信網(wǎng)絡(luò)方面的研究。美國(guó)基礎(chǔ)基金自助的項(xiàng)目，包括比較早期的“歐米嘎”項(xiàng)目，還有2001年等，都有相關(guān)的人員和基金的投入。

我國(guó)也有很多高校和科研機(jī)構(gòu)在無(wú)線光通信方面進(jìn)行早期的研究，如暨南大學(xué)?；貒?guó)以后我也致力于國(guó)家層面的項(xiàng)目立項(xiàng)和參與，這些項(xiàng)目從2012年開(kāi)始立項(xiàng)、研究，并有一些網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)。國(guó)家發(fā)展這個(gè)項(xiàng)目有很多的團(tuán)隊(duì)，并且深圳、其他的省市都有相應(yīng)的地方政府支持，這是比較好的情況。從平臺(tái)來(lái)說(shuō)，將來(lái)的光電融合勢(shì)不可當(dāng)。中科院最近成立了一個(gè)組織，以及無(wú)線光通信與網(wǎng)絡(luò)研究中心。總體來(lái)說(shuō)，國(guó)際國(guó)內(nèi)對(duì)可見(jiàn)光通信技術(shù)關(guān)注度很高。

從國(guó)際專利來(lái)說(shuō)，我們知道有500項(xiàng)，其中日本、韓國(guó)占的比例很大，有一定的歷史原因，日本、韓國(guó)做的時(shí)間比較早，中國(guó)有很多國(guó)內(nèi)專利，不是國(guó)際的，集中在單發(fā)單收通信定位技術(shù)。2009年開(kāi)始了標(biāo)準(zhǔn)化的概念， IEEE成立了802.15.7工作組，并于2011年發(fā) 布“IEEE 802.15.7-2011面 向802.15.7高速通信的可見(jiàn)光通信標(biāo)準(zhǔn)”，然后采用新型的探測(cè)器為通信的經(jīng)受裝置進(jìn)行可見(jiàn)光的數(shù)據(jù)傳輸和定位，中國(guó)通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)可見(jiàn)光通信技術(shù)研究課題。

市場(chǎng)方面，較完整的LED照明產(chǎn)業(yè)鏈為可見(jiàn)光通信奠定了較好的發(fā)展基礎(chǔ)，并為照明產(chǎn)業(yè)帶來(lái)新的增長(zhǎng)點(diǎn)。2018年可見(jiàn)光通信產(chǎn)品市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)可能達(dá)到40億，短期內(nèi)可應(yīng)用于定位與低速通信領(lǐng)域，未來(lái)市場(chǎng)將主要是基于位置的大容量服務(wù)方面。目前難點(diǎn)比較多，真正要進(jìn)入大規(guī)模的應(yīng)用階段，還要解決很多問(wèn)題，如混雜光電干擾、復(fù)雜傳輸環(huán)境和脆弱鏈路、多用戶隨機(jī)進(jìn)入、光源協(xié)調(diào)分配等。可見(jiàn)光通信也面臨著技術(shù)點(diǎn)多、涉及面廣、可參考方案少，需要形成完備的“生態(tài)系統(tǒng)”，探索可行化的商業(yè)模式。

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

超大規(guī)模O-MIMO， 從架構(gòu)這塊來(lái)說(shuō)，是光電協(xié)同的網(wǎng)絡(luò)、維羅的光網(wǎng)絡(luò)，以及光電的雙應(yīng)用。室內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)除了光和電，還有聲跟光的融合。目前我們已經(jīng)建立了一個(gè)LED光源性能暗室測(cè)試平臺(tái)，來(lái)自照明約束，在通信的參數(shù)調(diào)整下研究對(duì)照明的影響，還有室內(nèi)可見(jiàn)光通信定位導(dǎo)航、室外交通定位。

目前我們的團(tuán)隊(duì)從指標(biāo)來(lái)說(shuō)，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了RGB的傳輸，如果考慮白色的傳輸光源，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)500兆速率。這有助于在研發(fā)或者產(chǎn)品應(yīng)用的過(guò)程中，充分利用未來(lái)或者現(xiàn)在的照明，探索可行的交易模式，形成可行化分析系統(tǒng)。