照明约束下的可见光通信技术

◎ 中国科技大学无线电光通信与网络研究中心主任 徐正元

照明约束下的可见光通信技术

◎ 中国科技大学无线电光通信与网络研究中心主任 徐正元

照明约束下的可见光通信技术，就是照明与通信的融合。目前，移动通信正处于快速发展的阶段，关注的热点是进一步提高通信的容量和速率。由于很多是定型产业，如技术和调试，还有一些覆盖区域的细分等，这些技术看起来可以提升系统的容量，但随着技术的演进，增量越来越小，投入和产出越来越不成比例，很多学者开始考虑拓展思路。

无线接入的频段是比较有限的，工作频段带宽可能就是几十兆HZ，所以很多学者提到高频波段。光波是目前实验室关注的最重要的方向，它可以覆盖很大的范围，从红外到可见光、紫外光，如果将可见光用于照明，跟现有的微波波段相比有提升，但在有效利用的情况下，也存在较大的挑战。我们设想将来的手机或者其他终端除了传统的无线电通信以外，还有新的模式，那么将来的手机将是无线电融合的手机。这种融合，除了字面上的融合，从通信的协议到网络层面，都有深度的融合。

照明约束下的可见光通信技术，就是照明跟通信的融合。LED照明的可见光通信有一个很内在的关联，可以说LED产业本身需要升级的驱动，同时LED通信接触了一个很好的平台。LED照明市场目前可以说相当可观，预测在2015年将达到500多亿的规模。

应用团体可以预见一些比较广阔的产品，这个是大容量的传输，涉及到信息安全，就是可见光通信在电磁波出现的一些场景，如在矿井、水下应用时我需要保护自身的信息不受其他的干扰。提供高精准的服务，像Haruyama教授已经实现的服务，超市、隧道、楼宇都可以使用。

LED照明的可见光通信有一个很内在的关联，可以说LED产业本身需要升级的驱动，同时LED通信接触了一个很好的平台。LED照明市场前景目前可以说相当可观，预测在2015年将达到500多亿的规模。

国际光谱资源在国际上的竞争越来越激烈。在开拓利用光谱资源方面，美欧日近几年均已做了大力部署。美国目前加入的这个中心是基于很多加州大学的分校做的实验室，致力于可见光通信的定位，以及智能照明和通信网络方面的研究。美国基础基金自助的项目，包括比较早期的“欧米嘎”项目，还有2001年等，都有相关的人员和基金的投入。

我国也有很多高校和科研机构在无线光通信方面进行早期的研究，如暨南大学。回国以后我也致力于国家层面的项目立项和参与，这些项目从2012年开始立项、研究，并有一些网络的架构。国家发展这个项目有很多的团队，并且深圳、其他的省市都有相应的地方政府支持，这是比较好的情况。从平台来说，将来的光电融合势不可当。中科院最近成立了一个组织，以及无线光通信与网络研究中心。总体来说，国际国内对可见光通信技术关注度很高。

从国际专利来说，我们知道有500项，其中日本、韩国占的比例很大，有一定的历史原因，日本、韩国做的时间比较早，中国有很多国内专利，不是国际的，集中在单发单收通信定位技术。2009年开始了标准化的概念， IEEE成立了802.15.7工作组，并于2011年发 布“IEEE 802.15.7-2011面 向802.15.7高速通信的可见光通信标准”，然后采用新型的探测器为通信的经受装置进行可见光的数据传输和定位，中国通信标准化协会可见光通信技术研究课题。

市场方面，较完整的LED照明产业链为可见光通信奠定了较好的发展基础，并为照明产业带来新的增长点。2018年可见光通信产品市场规模预计可能达到40亿，短期内可应用于定位与低速通信领域，未来市场将主要是基于位置的大容量服务方面。目前难点比较多，真正要进入大规模的应用阶段，还要解决很多问题，如混杂光电干扰、复杂传输环境和脆弱链路、多用户随机进入、光源协调分配等。可见光通信也面临着技术点多、涉及面广、可参考方案少，需要形成完备的“生态系统”，探索可行化的商业模式。

将通信照明一体化，我们较为关注照明能力及通信能力。从光进行探索，如色温、光度参数、辐射参数。每个灯具里面有很多的LED芯片，在考虑照明对通信的影响时，要分析光源照度、光谱、空间角向分布、电光响应等方面 。

超大规模O-MIMO， 从架构这块来说，是光电协同的网络、维罗的光网络，以及光电的双应用。室内的网络除了光和电，还有声跟光的融合。目前我们已经建立了一个LED光源性能暗室测试平台，来自照明约束，在通信的参数调整下研究对照明的影响，还有室内可见光通信定位导航、室外交通定位。

目前我们的团队从指标来说，已经实现了RGB的传输，如果考虑白色的传输光源，已经实现500兆速率。这有助于在研发或者产品应用的过程中，充分利用未来或者现在的照明，探索可行的交易模式，形成可行化分析系统。