可见光通信应用前景与发展探析

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　　摘 要：可见光通信是一种利用可见光波普进行数据传输的一种无线通信技术，与其他无线通信技术相比，可见光通信技术具有频谱资源丰富、通信安全性高、抗电磁干扰性强等特点，也正是因为这些特点，使得可见光通信有着广泛的应用前景。本文就可见光通信应用前景与发展作了相关探究。
　　关键词：可见光通信;应用前景;发展
　　0 引言
　　随着人们生活水平的提高，对通信方面的要求也越来越高，在这种环境下，人们开始致力于通信技术研究，一些通信技术开始走进人们的生活，较好地迎合了人们的生活需求。近年来，随着半导体照明技术的普及，基于LED的可见光通信技术开始引起了人们的广泛关注，并逐渐成为研究热点。可见光通信具有无电磁辐射、无需占用无线通信波段、通信安全性高等优点，在我国现代社会中得到了广泛的应用。
　　1 可见光通信的概述
　　可见光通信技术就是利用荧光灯或发光二极管等发出人眼可以看到的高速明暗闪烁信号来传输信息的一种通信技术。与其他通信技术相比，可见光通信可以利用照明设备代替无线LAN局域网基站发射信号，且其通信速度可达到每秒数百兆。在可见光通信技术的支持下，用户可以长时间下载和上传高清图像、动画等数据。另外，可见光通信保密性高，可见光通信是利用LED等的闪烁进行信息传输的，而灯光无法穿透墙壁，只需要挡住灯光光线，信息就无法向照明区以外的人泄漏。
　　2 可见光通信国内外研究现状
　　可见光通信作为一种通信技术，这种通信技术具有其他通信技术不可比拟的优越性。国内外对可见光通信技术都进行了相关研究，并且取得了一定的成就。笔者就国内外在可见光通信方面的研究作了相关总结。
　　2.1 国外可见光通信研究现状
　　早在二零零零年[1]，日本的研究学者就提出了白光LED应用于室内无线通信的概念，并通过科学的计算和分析，证实了白光LED无线通信的可行性。在二零零二年，又有研究者分析了可见光通信中的多径效应的影响并给出了相应的解决方法。二零零四年，可见光通信的研究得到了进一步深入，由日本研究者展示了LED可见光通信系统，并证实了可见光通信在应用于手持设备和车载计算设备。二零一零年，美国加州大学提出了可见光通信在移动设备上的应用。二零一二年，意大利有研究者提出了基于离散多频调制的RGB LED白光通信系统，并证实了该系统单通道通信可达1.5Gbps，WDM传输速率可达3.4Gbps。随着可见光通信研究的深入，可见光通信系统的通信速率可达100Mbps。二零一四年，有研究学者提出了正交频分复用调制的LED通信系统，这一通信系统的通信速率得到了大大改善，可达3Gbps。
　　2.2 国内可见光通信研究现状
　　较比国外，我国在可见光通信方面的研究起步较晚，但是在国内研究学者的共同努力下，我国在可见光通信技术研究中也取得了较大成果。早在二零零六年[2]，暨南大学陈长缨、胡国永等人成功地研制了白光LED通信系统，这一通信系统于二零一零年在上海世博会上进行了相关展示。二零一四年，中国可见光通信产业技术创新联盟成立，二零一五年，解放军工程大学的宏毅教授在可见光通信关键技术研究中取得了巨大突破，这一突破主要表现在通信速率上，可见光通信速率可到50Gbps。复旦大学研究团队采用基于QAW-OFDM调制的RGB-LED实现双向短距离通信，上行速率可达300Mbps，下行速率可达1.15Gbps。随着我国在可见光通信技术研究的不断深入，可见光通信系统的传输速率也得到了大大提升，通信距离也得到了延长，误码率也得到了降低，尤其是16QAM-OFDM调制技术的可见光通信系统，其传输速率可达682Mbps。
　　3 可見光通信应用前景分析
　　3.1 室内定位
　　室内定位是可见光通信技术应用的一个主要层面。在室内定位中，会用到WIFI、ZigBee、RFID、地磁定位和LED可见通信等。室内环境相对比较封闭，在室内通信时，需要保持信号畅通、不受干扰，而可见光通信不受电磁干扰的有点，可应用于地下停车场自动导航、大型商场导购等。在室内定位中，通过LED调制器，将定位ID转换成相应的电信号，驱动LED灯具，光接受器接收到光信号后，可通过发送器传送到移动设备上，移动设备通过解码，然后获得相应的室内坐标。
　　3.2 门禁系统
　　门禁系统为人们的安全出行提供了保障，安装门禁系统，可以防止陌生人进出，尤其是在一些重要的场所。我国当前使用的门禁系统大多应用了可见光通信技术。可见光通信具有保密性、通信安全、不易窃听和不易破解等优点，将其应用到门禁系统，可以提高该系统的安全性。一般而言，用户可以借助智能手机登录服务器并获取动态密码，可见光通信系统可将面膜信息传送到门禁系统的光接收器，光接收器收到光信号后，解码并与服务器的密码进行验证，验证通过后，打开电子锁。
　　3.3 智能交通
　　随着我国经济的快速发展，交通事业也得到了飞速发展，而要想促进我国交通事业的稳定发展，就需要交通进行有效的控制。以往，交通管控是靠人力完成的，这种方式效率比较低，而随着可见光通信技术的应用推广，智能交通逐渐诞生。智能交通是利用灯光建立数据链路，实现车辆之间的数据通信。基于可见光通信技术，车辆通过照明大灯发送光信号，路灯上装有光信号接收器，可接受来自车辆发送的光信号，并将光信号上传[3]。同时，车辆还可以通过车顶安装的光接收器，接受路灯的回传信息，从而实现交通智能调度。另外，在可见光通信技术的支持下，通信系统还可以进行智能判断，以避免车辆在行驶过程中发生碰撞。
　　3.4 灯光上网
　　随着互联网的普及，网络给我们的生活、工作带来了巨大便利，但是有的地方会受到各种因素的影响，使得网络无法普及，信息无法及时传输。而可见光通信技术可以实现有光的地方就能通信。基于可见光通信的灯光上网设备LIFI-X，当我们从室外走到室内，在LIFI灯光下，既可以建立LIFI数据链路，我们可以将移动设备接入LIFI上网设备，实现网络通信[4]。同时，LIFI上网设备采用全双工通信模式，上传速率可达40Mbps，下载速度可到40Mbps，采用USB接口连接电脑，采用USB供电，具有保密通信功能，且支出多用户接入。 　　3.5 智慧城市
　　信息化时代里，智慧城市的发展已成为必然，这种必然将改变城市风貌，改变城市生产、生活方式，有助于实现对城市的精细化管理，降低环境污染，解决交通拥堵等问题，从而推动城市的可持续发展[5]。可见光通信技术可应用于现代城市发展中，有助于智慧城市的构建。在可见光通信技术的支持下，可以构建完善的路灯系统和LED显示屏，通过这些路灯和LED显示屏，可以及时发布城市相关信息，如交通事故信息和交通拥堵状况，从而帮助驾驶员更好地规划路线。再如，在发生自然灾害时，借助光通信技术，可以发布相关信息，帮助民众规划最佳逃生线路。
　　4 可见光通信发展方向分析
　　4.1 超高速
　　随着经济的快速发展，人们的生活质量也得到了改善，对通信方面的需求也会越来越高，这种需求迫切要求我们改善可见光通信在信息传输方面的性能。目前，可见光通信在通信速率上得到了改善，但是随着传输数据的不断扩大，现有的可见光通信技术势必无法满足人们的通信需求。对此，在微辣的可见光通信中，研究者必须做好技术攻关，朝着超高速的传输方向迈进。
　　4.2 超大容量波分复用系统
　　在通信系统中，通信系统容量的大小直接影响到了宽带资源的利用率，就目前来看，可见光通信系统资源还没有得到充分的挖掘，必须加大超大容量系统的研究[6]。超大容量波分复用系统，一方面可以利用光纤巨大的宽带资源，使得通信系统容量扩大，另一方面通过超大容量系统，可以节约可见光通信成本。为此，深入超大容量波分复用系统研究必将成为可见光通信技术研究的一大方向。
　　4.3 融合发展
　　随着计算机网络技术的发展，IP业务量也在与日剧增，对通信要求也越来越高。虽然可见光通信较好地迎合了人们在通信方面的需求，但是可见光通信也存在一定的弊端。对此，我们必须深入技术研究[7]。在信息技术飞速发展的当下，融合发展是我国通信领域发展的一大趋势，尤其是对于可见光通信技术，要想不斷提高其性能，在做好技术攻关的同时，要深入借鉴其他通信技术，尤其是光纤，实现多种通信技术的融合，从而更好地满足人们的通信需求，满足社会发展需要。
　　4.4 实现光联网
　　对于通信领域而言，超高速度、超大容量和超长距离传输一直是人们追求的目标，而全光网络也是人们不懈追求的梦想。随着国际化合作水平不断加深，我国与国外之间的交流也日益密切。未来的高速通信网将是全光网，全光网是通信技术发展的最高阶段，也是理想阶段。尽管普通的点到点波分复用通信系统传输容量较大，但是这种传输仅仅是提供最原始的传输宽带，传输系统灵活性不够还。而实现光联网一方面可以实现超大容量光网络，拓展网络节点，增加网络业务量，提高网络的灵活性。同时，通过光联网，可以实现不同制式的信号的连接[8]。
　　5 结语
　　综上，可见光通信作为一种通信技术，这种通信技术频谱丰富、无电磁辐射、高保密性，较好地迎合了人们在通信方面的需求。现阶段，可见光通信技术研究还处于摸索阶段，但是其应用前景非常好，不仅可以用于室内无线接入，还可以实现室内定位、智慧交通、智慧城市。基于可见光通信技术的优势，我们需要不断探索和研究，不断改进可见光通信性能，从而更好地服务社会发展，为人类造福。
　　参考文献
　　[1] 申晓欢，林邦姜，汤璇，等.PDMA的可见光通信系统[J/OL].北京邮电大学学报：2020，1-5[2020-04-01].https：//doi.org/10.13190/j.jbupt.2019-018.
　　[2] 邓春丽，宋锐，李晓锋，等.基于CMOS摄像头的水下MIMO短距离可见光通信[J].光通信技术，2020，44（3）：1-5.
　　[3] 党宇超，曹阳，陈果.荧光干扰下室内可见光通信系统性能分析[J].激光与光电子学进展，2020，57（17）：1-14.
　　[4] 赵龙，汪弈舟，黄明.可见光通信系统设计与实现——基于FPGA全数字控制[J].工业技术创新，2019，06（6）：38-42.
　　[5] 陶小凤，徐建，邱达.基于FPGA的可见光通信电路的设计与实现[J].信息技术与信息化，2019（12）：129-131.
　　[6] 高绪敏.面向可见光通信的硅基氮化物同质光电子集成芯片研究[D].南京：南京邮电大学，2018.
　　[7] 朱振坤.可见光通信应用前景与发展挑战[J].通信电源技术，2019，36（2）：217-218.
　　[8] 宋小庆，赵梓旭，陈克伟，等.可见光通信应用前景与发展挑战[J].激光与光电子学进展，2015，52（8）：36-44.
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