可见光通信在中国

◎ 中国工程院院士、中国可见光通信产业技术创新战略联盟理事长 邬江兴

可见光通信在中国

◎ 中国工程院院士、中国可见光通信产业技术创新战略联盟理事长 邬江兴

可见光通信在中国的历史最早可以追溯至2500年前。中国西周时期，先民们为了抵御外族入侵，每隔一段距离就筑起一座烽火台，从边境一直连绵至国都镐京，构建了中国最早的“可见光中继通信网络”。可惜的是，西周末代的国王周幽王先生显然对这项原始的可见光通信技术缺乏应有的敬意，上演了一出“烽火戏诸侯”的闹剧，从而直接导致西周王朝的覆灭。如今，我们怀着对现代可见光通信技术的希翼，畅谈对这项新型绿色信息技术的美好愿景，期盼这束绚烂夺目的绿色信息之光照亮全中国。

可见光通信技术产业对于升级传统产业、催生新兴产业、变革商业模式以及繁荣服务行业会起到强大的助推作用，将是一个具有万亿产值的抓手级战略型新兴产业。

作为“宽带中国”三网融合方案的提出者和推动者之一，我认为可见光通信将会成为未来室内信息网络的融合剂，不仅可为三网融合乃至N网融合提供宝贵的频谱资源，更可以将这项技术的便捷、宽带、绿色、节能、安全等优势发挥到极致。在过去不到两年的时间里，可见光通信技术已呈现出令人欣喜的爆发式发展态势，中国政府、科研院所以及企业公司为这项技术的宏观导引、机理研究、技术突破以及产业孕育作了大量卓有成效的工作。

中国政府对可见光通信技术高度重视。科技部于2012年完成可见光通信技术研究计划的部署与论证工作，并于2013年上半年正式启动了中国第一个可见光通信相关国家高技术研究发展计划（国家863计划）和国家重点基础研究发展计划（国家973计划）项目的研究工作。工业与信息化部于2013年启动了国家科技重大专项可见光通信技术相关指南征集工作，并于2014年上半年完成了中国第一个可见光通信相关国家科技重大专项（“新一代宽带无线移动通信网”）课题的论证评审工作。

中国首个国家863计划项目“可见光通信系统关键技术研究”由信息工程大学牵头，东南大学、北京大学、清华大学、北京邮电大学、上海交通大学、复旦大学、中科院半导体所、工信部电信传输所、上海宽带技术及应用工程研究中心等单位共同承担。该项目的研究目标是，把握照明产业向绿色照明转型的机遇期，全面突破室内可见光通信的信道建模、高速传输、多址接入、网络融合等关键技术，针对典型应用场景构建可见光通信与多用户480Mbps高速接入试验系统，为引领和推进可见光通信技术发展与产业化应用奠定坚实的技术基础。经过两年多的科技攻关，课题组已在调制带宽拓展、实时传输速率、融合网络架构等方面已取得了一批重要的研究成果，核心技术与关键指标达到国际先进水平。

中国首个国家973计划项目“宽光谱信号无线传输理论与方法研究”由清华大学、北京理工大学、东南大学、北京大学、北京邮电大学和中国科学院半导体研究所6家单位共同承担。该项目的研究目标是，研究利用宽光谱载波进行无线通信的理论与方法，构建宽光谱信号无线传输体系，以满足未来宽带移动通信和人口密集区大容量通信需求。经过两年的基础理论研究，同样取得了可喜进展。

中国首个国家重大专项课题“基于可见光通信的新一代无线局域网总体技术研究”由信息工程大学牵头，联合东南大学、工业和信息化部电信研究院、TCL集团、北京大学、北京邮电大学、工业和信息化部电子工业标准化研究院以及郑州大学等单位共同承担。该项目的研究目标是，围绕室内高速可见光通信无线局域网和可见光成像通信等两类应用需求，全面突破可见光通信信道测量建模、高速传输、成像编码、室内定位、多址接入、网络融合等关键技术在标准化和工程化过程中的实际问题；构建室内高速可见光通信无线局域网和可见光成像通信两类仿真验证测试系统，并对相应的关键技术进行测试与筛选验证；结合可见光通信的应用需求分析，构建可见光通信业务示范系统；积极开展可见光通信802.11和802.15领域的标准化工作，为中国引领和推进可见光通信技术标准化与产业化应用奠定坚实的技术基础。

中国地方政府对于可见光通信产业助力良多。广东省政府依托本地在LED照明领域的产业优势，联合中国可见光通信产业技术创新联盟，拟通过设置可见光通信省级科技重大专项，计划每年投入1.5亿左右科研经费，积极推进可见光通信技术研发与产业化进程。同时，联合中国产学研投融资联盟，筹措发行可见光通信产业发展基金，培育可见光通信产业生态环境。在上海市政府的大力支持下，信息工程大学正在与上海市浦东新区按照“校区合作”的模式，正在积极探索可见光通信技术在上海市落地的可行性。在河南，郑州市委和市政府高度重视下，2014年开始设置可见光通信重大科技专项，信息工程大学联合国内优势科研院所共同承担了本年度的科技专项。在天津市政府的积极推动下，按照天津市发展集成电路产业专项规划，致力于可见光通信高速及甚高速芯片的研发与应用工作。

科研机构在可见光通信基础理论与关键技术突破方面发挥了核心作用。东南大学“移动通信国家重点实验室”在尤肖虎教授和陈明教授的带领下，致力于可见光通信与移动通信深度融合的研究工作。该实验室于2011年完成了一套高速可见光通信验证系统，其无线传输速率达到100 Mbps，传输距离5米，可在日光或其它光源同时照射下稳定实现高清视频信号的实时传输。

北京大学“区域光纤通信网与新型光通信系统”国家重点实验室在实验室主任李红滨教授和刘璐副教授的带领下，在光学滤波器、光学广角接收等方面开展了有效的基础性研究。该实验室将可见光通信系统的电-光-电带宽拓展至60MHz（-3dB），部分系统的带宽拓展达到80MHz（-3dB）；针对可见光通信的上下行机制问题，重点研究了1550nm激光上行链路传输方案，论证分析了上行链路激光传输方案的可行性；研发了一套双向VLC实验系统，其前向链路为荧光型白光LED灯，反向链路为三色LED灯，采用OFDM调制实现了单路200Mbps的传输速率，传输距离达到2米，可实时传输视频和图像数据，应用层测试无误码传输信息率70Mbps。研发的另外一套短距离VLC实验系统，其传输速率达到320Mbps，传输距离为为30厘米，误码率小于2 ×10-3。

复旦大学信息科学与工程学院迟楠教授带领的团队联合上海宽带技术及应用工程研究中心，提出了SC-FDE/OFDM调制方法，研制了1套基于白光LED灯的离线高速VLC实验系统，离线速率达到4.2Gbps；同时，该团队研发的一套实时VLC通信系统，其传输速率达到300Mbps，并且实现了灯光上网功能。

中科院半导体研究所陈宏达副所长和陈雄斌副研究员的团队，面向无线上网和智能家居控制的应用需求，开发了一套高集成度的可见光通信实验系统，并于2010 年在上海世博会展示了利用LED 照明灯的光学无线上网系统和光学无线智能家居控制系统。

中国科技大学“无线光通信与网络研究中心”在可见光通信相关首个国家973计划项目首席科学家徐正元的带领下，围绕宽光谱（红外光、可见光、紫外光）无线光通信传输与组网技术方面开展了卓有成效的工作。

北京邮电大学“泛网无线通信教育部重点实验室”的张平教授和田辉教授所在团队，在可见光通信异构网络融合方面进行了开拓性研究。

清华大学电子工程系宋健教授团队于2014年研发出基于OFDM的VLC-PLC视频融合系统，其实时传输速率达到192Mbps，传输距离1米；同时，该团队还研发出LED室内定位系统，其下行链路采用VLC，上行链路采用Wi-Fi，利用手机摄像头和姿态传感器将定位精度提高至2厘米。

信息工程大学于2011年正式组建“可见光通信实验室”，由于宏毅教授带领的团队牵头承担了中国首个863计划项目以及首个国家重大专项的研究任务。实验室将商用LED的调制带宽由35MHz拓展至230MHz（-10dB带宽），为高速调制技术和高阶调制技术奠定了基础；提出单载波多相延时叠加调制（MP-OOK）方法，并基于该方法实现了一套基于服务器架构的离线高速VLC实验系统，离线传输速率达到3.25Gbps；先后研发出“可见光点播电视业务”、“可见光新型无线广播”、“可见光网络台灯”、“可见光家庭基站”、“可见光近场通信”、“矿下可见光通信与定位”等6套应用示范系统。

此外，暨南大学陈长缨教授团队等均是国内较早开展可见光通信技术并开展了卓有成效的工作。

企业是可见光通信产业化的主体。2013年8月，上海数字产业（集团）公司与信息工程大学签署了关于中低速率可见光通信基带芯片的研发协议，并致力于中国煤矿井下等典型应用推广工作。2013年10月，中国深圳光启创新技术有限公司推出商用化光子会议系统，实现了文字和多媒体信息通过LED灯光进行传输的功能，并亮相第十五届深圳高交会，国务院副总理汪洋在高交会上收获首张光子支付的支付存单。

2013年11月，在平顶山市政府的支持下，北京华育保险公司、上海数字产业（集团）公司、平煤神马集团与信息工程大学深度合作，在平顶山煤矿启动基于可见光通信的中国煤矿安全生产网络试点应用项目。

2014年4月，由中国产学研合作促进会和信息工程大学共同主办的“中国可见光通信技术产业化启动仪式暨河南中平川仪公司LED项目投产仪式”在平顶山举行，标志着可见光通信技术由“实验室”走向了“产业化”发展的新阶段。

2014年6月，中国华策光通信科技有限公司完成基于LED白光的室内定位系统（U-beacon），并开始将其商业化运营的APP（“易逛”）在江苏常州市进行试运营并进入内测阶段，成为业内首个实现商业化运营并实现室内3D实景地图的可见光定位技术。

近期，北京市中青创业投资管理有限公司、上海数字产业（集团）有限公司、珠海高凌信息科技有限公司、上海正望资产管理有限公司正在联合开展可见光通信产业基金募集工作，基金规模达50亿元，其中研发基金用于煤矿安全生产网络、LiFi室内网络、景点讲解网络、移动支付网络、室内可见光精确定位、媒体广告网络6项产业化项目研发。

联盟是推动可见光通信产业化的公共服务平台。可见光通信应用推广涉及的产业链长，需要调动国家机构、企业公司、高等院校、研究院所、运营商及金融机构等多方力量共同参与。因此，需要一个产业化的公共服务平台，以助推可见光通信产业化发展。

2013年12月，我与中国产学研投融资联盟执行会长惠小兵共同倡议，由信息工程大学牵头发起，联合北京大学、北京邮电大学、中科院半导体研究所、复旦大学、中国科技大学、东南大学、工业与信息化部电信科学研究院、北京市中青创业投资管理有限公司、上海数字产业集团、广东省半导体照明产业联合创新中心、珠海高凌信息科技有限公司、中平川仪电气有限公司、华策光通信科技有限公司等高校、科研院所和企业在重庆共同筹建“中国可见光通信产业技术创新战略联盟”，并与“中国产学研投融资联盟”签订战略合作协议。经过半年多的筹备，2014年8月28日，“中国可见光通信产业技术创新战略联盟”在广州正式成立，其宗旨就是整合资源，聚集力量，健全机制，协同创新，加速推进中国可见光通信的技术研发、标准定制和产业化应用。通过搭建这一平台，引导和聚集致力于该产业的相关科研单位、产业化应用企业和金融机构等社会力量，共推产业发展；协调推进标准化、探索专利池建设、构建信息交流平台、推动两岸三地产业协作、开展国际合作以及提供行业服务为主要职能，助推可见光通信产业化发展。联盟的诞生，标志着中国可见光通信产业将按照“政产学研用金”六位一体的发展模式，共同探索可见光通信技术的现实与未来、创新与应用、创业与投资，共同谋求可见光通信产业的核心竞争力以及发展路径。

可以预见，可见光通信将会对现有照明和通信的格局产生巨大的冲击，而这一冲击的强度将是史无前例的。我们只需要“把一颗微芯片放到每个可能成为传输体的灯具里”，将会拥有更干净、更环保、更明亮、更美好的未来！