“点光成网”——面向地下空间通信盲区的照明协同中继一体化终端

摘 要：文中设计了三种类型的“点光者”终端，多种类型相互配合，以实现多路合成、单路分发等复杂的功能，解决抗遮挡问题，满足灵活组网的需求。在传输速率达到Gb/s级别的同时保证了较低的误码率。

关键词：地下空间；通信系统；可见光

随着我国经济高速发展，城市化程度加深，科学高效地开发、利用地下空间资源的需求越来越迫切。然而，目前传统通信方式在地势环境复杂多变，电磁干扰强的地下环境中，不可避免地造成通信覆盖范围残缺，也由此出现通信盲区，并使地下空间数字化、智能化建设面临严峻的挑战。因此，于地下空间中搭建可以实现大容量、长距离、抗遮挡、高可靠的通信系统迫在眉睫。

另一方面，伴随人类活动范围的扩大，地下空间对全天候、不间断、广覆盖的照明需求与日剧增。与此同时，利用地下空间照明设施实现信息传递与交互，可有效弥补当前地下空间网络覆盖不足的问题。为此，团队基于LED可见光通信技术，研发了适用于地下空间的照明协同中继一体化终端——“点光者”。

地下通信的应用环境复杂多变，可见光信道以非视距链路为主，为了使地下可见光通信覆盖面满足通信需求，团队设计了三种类型的“点光者”终端，多种类型相互配合，以实现多路合成、单路分发等复杂的功能，满足灵活组网的需求。实物如图1所示。

图1 实物图

信息源将信息调制至可见光载波中，并输出至主链路，“点光者”Ⅰ型作为第1级输入，实现单路分发功能，将光信息流复制并分发至1号分支链路与2号分支链路。随后，以1号分支链路为例，可见光信号通过两个“点光者”Ⅲ型，实现了光信号的变向转发。光信号经过两个“点光者”Ⅲ型转发至“点光者”Ⅱ型，完成多路光信号的合成，最后再将信号发送至接收终端构建“点光成网”的光网络。在整个过程中，各终端设备位置均由全光网络覆盖算法确定，以消除通信盲区，当1号链路被遮挡时，系统可根据抗遮挡算法输出结果随即切换至2号分支链路，从而实现抗遮挡功能。系统原理如图2所示。

图2 系统原理

“点光者”兼顾地下空间的照明需求和通信需求，为地下空间的深入发展提供了便利，因此其具有较大的发展前景和广阔的市场空间。本作品预备进军的行业领域发展尚处于早期，具有较大的市场潜力。“点光者”可见光中继终端的技术功能主要面向地下空间的通信需求，因此其主要目标市场是智慧矿产行业、智慧交通行业、地下商业体行业和市政管理部门。但这仅仅也是市场的一部分。可以说，“点光者”目标市场的范围之广超乎想象。

目前，地下空间的开发利用仍处于不断扩大发展过程中，在此背景下，“点光者”可见光中继终端所面向的将是覆盖数十个场景、数百种行业的巨型市场，其规模或将突破万亿级别，成为新时代地下通信系统中难以替代的一部分。此外，“点光者”还具有一定的经济效益，不仅能够减少碳排放，减少安全事故的发生，更能降本增效。经过估算，合理的可见光中继项目可以为应用企业降低约20%的成本，提升约30%的效益，且其应用的正面效益远大于负面效益。

目前，“点光者”可见光中继终端设备仍处于研发阶段，部分功能需要进一步完善。但我们相信，“点光者”的研发技术会越来越成熟。未来，“点光者”能够为地下空间的智能化信息建设做出贡献，助力全国乃至世界更快更好利用更多的地下空间资源。