LED可见光通信技术九大发展趋势分析

　　去年曾有相关报道指，中国“可见光通信系统关键技术研究”获得了工业和信息化部测试认证的重大突破，这一次实时通信速率提高至50Gbps(比特每秒)，相当于0.2秒就下载一部高清电影。作为典型的军民两用技术，可见光通信的应用前景是广阔的，依据《2014欧洲可见光通信组织市场调查报告》的乐观预测，其产业增长率可达84.9%，2018年产值约178亿美元，2022年年产值可达约2千亿美元。

　　据了解，由广东省半导体光源产业协会承担的《广东省可见光通信及标准光组件产业技术路线图(2015-2019)编制》得到广东省科技厅的高度重视。为了指引日后广东省可见光通信产业技术路线图编制工作的思路和方向，同时积极推动广东省可见光通信技术和产业的发展。1月16日，广东省可见光通信产业技术路线图编制专家研讨会在广州举行。当天的研讨会上，解放军信息工程大学可见光通信实验室常务副主任、教授张剑详细讲述了可见光通信应用现状及其产业化前景。

　　国外应用转化概况

　　据张剑教授介绍，自1990年的10年间，日本在室内定位、室外空间通信、车联网等应用转化领域已相对活跃。2010年起，东亚、欧洲、美国等陆续进行应用示范与局部应用转化；2008年，欧盟设置家庭吉比特接入计划（OMEGA），构建家庭区域宽带通信网，集成VLC技术，实现通信速率Gbps。同年，美国国家科学基金会（NSF），建立可见光通信研究中心，计划10年时间内开发LED无线通信智能照明架构。

　　据悉，日本研发的灯塔可见光通信系统，通信速率达1022bps，通信距离2公里。目前正在研发用于紧急快速部署的低空可见光气球卫星。在2013年，日本LAMPSERVE LED街灯投入实际测试，通信速度达到100Mbps，距离约200米。2014年，日本TAKAYA研发汽车间可见光通信系统，速率达到10Mbps，发射端为LED阵列，接收端为图像传感器。同年的5月，日本东洋电机研发水下可见光高速通信装置，峰值50Mbps。

　　此外，英国pure LiFi用于医疗机构的Li-Fi设备，目前已实现量产并交付买房使用。法国Oledcomm可见光通信系统也已投入商业运行阶段，能够为家庭、商业场所提供可见光通信技术。时至2015年的4月份，美国零售巨头Target在其店面安装VLC定位导航系统。5月，法国最大的零售商家乐福利用飞利浦公司VLC-LED灯具，在里尔大型卖场启用室内可见光导航系统。10月，日本举办“日本可见光通信国际会议暨展览会”，松下公司推出来“光ID服务解决方案”，富士通开发的“连接实物与信息的LED照明技术”，以及现实增强等。11月，爱沙尼亚Velmenni公司在塔林演示了一种Li-Fi原型灯泡，其数据传输速度可以达到1Gbps；在实验室条件下，记录的Li-Fi灯泡的数据传输速率达到224Gbps。

　　国内应用转化近况

　　反观国内概况，则是从暨南大学陈长缨教授研发首套可见光通信系统起步，应用转化主要集中在近3年，以中国可见光通信联盟成员单位为主体。2013年11月，深圳光启推出的光子支付系统亮相中国国际高新技术成果交易会。次年6月，深圳光启与平安集团签署战略合作协议，推动光子支付解决方案。另外，深圳光启还推出光子门禁系统与光子覆盖系统。

　　除了深圳光启取得的研究成果，2014年6月，华策光通信也完成了LED白光室内定位系统（U-beacon），APP（易逛）已在江苏常州等地开展试运营及内测。以及北京全电智领公司推出了基于可见光位置标签的博物馆展品讲解方面的产品，2015年完成北京正阳门博物馆试运行。目前正在推出室内雾霾检测台灯等产品。

　　据张剑教授介绍，信息工程大学已形成由邬江兴院士、于宏毅教授率领下的一支可见光通信研发团队，在国家863计划项目以及郑州市重大专项的支持下，面向基础研究与应用转化开展多项工作。在基础研究方面，重点开展了超高速无线光互联试验系统、室外拓展距离无线通信试验系统的研发，在应用转化方面，先后完成矿下可见光通信与定位、可见光隐式广告、可见光精确定位等9套示范系统，其中2套在煤矿巷道进行了实地示范。

　　1、室内高速接入网络

　　据悉，在完成可见光点播电视/可见光信息台灯/可见光家庭基站3套演示系统的基础上，2015年7月该校完成基于电力线通信（PLC）芯片的高速室内接入演示验证系统；同时在针对WiFi网络在高速高密度公共场所体验不佳的问题，实验室研发出可见光伴侣设备产品，应用层峰值速率40Mbps，并拟于本月在该校的学习资源中心进行布设。通过这些初步的工作，测试可见光通信能否进入室内应用。

　　张剑教授表示，郑州市拟通过政府引导，在金水区开展规模化应用示范工作。2015年7月，实验室研发的“可见光超高速无线通信试验系统”实现50Gbps传输速率，将现有国际最高速率提升5倍；10月通过工信部电信研究院第三方测试。另外，其它典型指标包括单通道调制带宽（420MHz），阵列规模（128通道），阵列间距（2.8cm）。

　　2、室外拓展距离无线传输

　　此外，针对车联网等应用需求，搭建室外可见光通信试验验证系统，传输距离≥1000米，传输速率≥1Mbps。

　　3、煤矿井下综合信息网络

　　在煤矿井下综合信息网络方面，主要做了两期工作。基于可见光通信在矿下敏感区域安全可靠、定位精度高、成本低廉等优点，实现基于可见光通信的矿下综合信息系统业务。

　　据悉，2014年10月，实验室在平顶山平煤神马集团一矿实训基地，完成了基于可见光通信的煤矿井下综合信息示范系统的搭建与功能验证。该系统具有井下人员定位跟踪、井下无线报警、地面广告报警等功能，信息矿帽的可见光通信速率2Mbps，定位精度达米级。

　　实验室研发小型化低功耗接入卡设备，并于2015年6月在平煤集团煤矿巷道中安装测试成功，实现网页访问、煤矿井下用户导航定位、高速视频播放等功能。其中接收卡尺寸为3.5cmX5.5cmX2.5cm，UWB供电方式，速率10Mbps。

　　4、可见光高精度定位系统

　　在可见光高精度定位系统方面，实验室研发的“可见光高精度成像定位系统”，基于光源阵列测量，定位精度达到厘米级，基于VLC实现信标节点坐标系标定。拟于今年在该校的学习资源中心布设定位导航示范系统。室内定位导航通过路径规划可以解决，基于位置的信息服务与高精度定位是核心。

　　5、新型隐式广告系统

　　此外，实验室开发的“可见光隐式成像系统”，面向广告推送/信息检索等需求，已实现手机终端1Kbps的的隐式信息传输。并拟于今年6月在典型公共场所大型电子宣传屏中试应用。

　　可见光通信核心价值的近，远期效应

　　张剑教授在谈到可见光通信的核心价值时强调，可见光通信不能仅仅视为一种无线通信技术，而是激活了带宽达到300THz的可见光谱资源，是破解传统无线电频谱资源严重匮乏困局的基本途径。他指出，核心价值的近期效应，在于现阶段在电磁严苛区域（无线电通信不能做/做不好的区域），典型场景包括水下/机舱/舰船/医院/矿井/坑道/室外等。

　　远期效应方面，由于现阶段在非电磁严苛区域（无线电通信做得好的区域）尚不具备核心价值，只有当高速高密度的需求超出无线电频谱资源承载能力时，其核心价值才会彰显，典型场景包括家庭/办公室/大型公共场所等。当然，频谱资源紧张问题局部化存在（舰船/机舱等电子设备高度密集平台）。

　　可见光通信的桎梏羁绊与产业化策略

　　张剑教授认为，VLC≠LiFi。他指出，LiFi的概念易将VLC狭义化，易形成与WiFi对立，事实上现阶段室内接入领域LiFi核心价值难以彰显，但LiFi的问题不是整个VLC的问题，这是对VLC诸多疑议的根源之一。

首先是“体系不独立”。上行链路异质化问题；超高速应用电力线通信难以支持信息流到灯的问题；与照明的强依存性问题等。上述问题的产生，还是用LiFi的视角去看待VLC。但即便如此，也并非难以解决。

　　其次，“技术不成熟”。照明与通信深度融合基础研究缺乏（照明通信共用器件/共用驱动等）；现有光学器件针对可见光频段缺乏针对性设计；同质异质链路组网机制研究不足等，但技术成熟是相对的，不成熟是绝对的，不妨碍应用转化。

　　其三，“产业化不确定”。涉及产业链绵长（通信/照明/电力/交通等），启动势必缓慢，但产业化趋势已然彰显。

　　他认为，可见光通信的发展在战略上要准备打持久战。当前处在产业化前夜，产业启动周期长，近期尚难形成全面爆发式增长态势。

　　在战术上要准备打歼灭战。按照“从低速到高速，从单向到双向，从行业到大众”的务实原则制定产业发展路线图，从专利/标准/材料/器件/芯片/方法/系统/工程等多层面“多维并举”，逐一解决产业化面临的桎梏，核心点在于良好的用户体验。