可见光通信点亮世界通信的未来

可见光作为生命本来的色彩,见证着人类慢慢从愚昧走向启蒙,从野蛮走向文明。 然而,随着科技的进步,人们惊奇地发现,可见光不仅可以照亮世界,而且在颠覆传统观念的新技术支持下,实现了连接整个世界的梦想。 这种利用可见光传输信息和数据的新技术就是可见光通信,也称为“Li-Fi”。

 

想象一下,未来的可见光通信网络可能是这样的:路灯下,借助LED光源可以在线阅读、下载电影; 在飞机、高铁、医院等场所,只需使用座位上的阅读灯就可以上网。 您甚至可以观看高清视频; 在无线电波传播受限的特殊环境下,例如水下、水面舰艇或潜艇内部,我们还可以使用定制的可见光通信设备来实现顺畅的通信。 可以预见,可见光通信具有广阔的应用前景,其神秘面纱正在逐渐被揭开。

无线先驱者比其他人更好

从传播特性来看,可见光通信仍然是无线通信的一种,但信息传输载体不​​是传统的无线电波(频率范围3 Hz至3000 GHz),而是频率高达384至769的可见光波太赫兹。 它是一种利用可见光光谱作为载体传输数据的新型无线传输技术。 通过在LED灯泡上安装微芯片,可以控制其每秒数百万次的闪烁,其中灯亮代表“1”,灯灭代表“0”,二进制数据被快速编码成光信号并有效传输。

手机、平板电脑等各种终端设备在光线照射下,可以通过集成特殊的光敏传感器读取光线中包含的“摩尔斯电码”,从而达到高速信息传输的目的。 从这一点来看,与无线电波通信的“老大哥”相比,可见光通信虽然在基本原理上并没有特别不同,但却具有“胜过蓝光”的特殊优势。

传输带宽较大。 当前,传统无线电波通信面临“频谱短缺”的困境,而抢占10~60GHz可用频谱优先使用的趋势更加明显。 可见光通信的频谱宽度比现有无线电波的可用带宽高四个数量级,因此无需担心频谱不足。

组网应用更加灵活。 传统的无线电波通信组网相对复杂,需要安装大量辐射射频信号的信息基础设施和终端设备,也容易出现电磁兼容和相互干扰问题。 可见光通信不需要建立基站,也不需要频段许可。 只需要在LED灯泡中安装一颗芯片,使其具备“通讯基站”、“无线路由器”、“GPS卫星导航”等功能,从而实现有光的地方。 有网络信号,真正实现“端到端直连”、“泛在互联”。 这可以极大地弥补电磁覆盖的不足,有效避免无线电波传播受限的环境中,如机舱内、水面舰艇、潜艇、地下隧道等的电磁兼容和相互干扰问题。

保密性比较好。 由于可见光通信只有在LED光源打开时才能进行传输,因此当灯关闭时通信功能将被禁用。 因此,只需增加遮光装置,阻止光线通过,即可形成封闭的通信网络,其安全级别高于其他无线传输技术。 更高。 另外,由于可见光只能直线传播,其上下游通道独立运行,因此黑客必须在同一个房间,同时入侵两个通道才能完成真正的攻击。 在传播线之外窃取和干扰信号是非常困难的。

国际竞争日趋激烈

日本率先开展可见光通信相关研究。 早在2000年,中川研究实验室就提出了利用LED照明作为通信基站进行信息无线传输的室内通信系统测试。 2014年,日本TAKAYA公司开发的车间可见光通信系统达到每秒10兆比特的速度; 同年5月,日本东洋电机研制的水下可见光高速通信装置达到每秒50兆比特的峰值。

欧洲国家也不甘落后。 他们在可见光通信方面的工作主要是由欧洲20多所大学、科研机构和企业组成的OMEGA计划推动的。 2015年11月,爱沙尼亚公司Velmenni展示了一款原型灯泡,该灯泡在实验室条件下实现了每秒224吉比特的峰值数据传输速率。

作为世界第一科技强国,美国正在寻求主导全球可见光通信技术和市场。 以谷歌为代表的科技巨头,以及波士顿大学ERC中心、加州大学UC-Light中心、宾夕法尼亚州立大学COWA中心等科研机构正在加紧研发可见光通信标准协议及相关系统,并已启动抢占相关技术的计划。 市场机制与策略研究。

可见光通信的愿景虽然美好,但仍需突破一系列技术瓶颈,才能大规模推广应用。 例如,如何将可见光带宽潜力转化为宽带能力,目前受到白光LED调制带宽有限的限制,需要进一步的技术突破。 再比如,LED灯的信号控制以及信号接收后的实时处理都需要专用的集成芯片。 目前,这方面的研究还很薄弱。 又比如,可见光信号的波长很短,在传播介质中容易快速衰减,直接导致通信距离有限。 很难实现长距离高速传输。

对此,世界各国纷纷启动可见光通信关键技术研究,力争抓住机遇分食这块蛋糕。

未来战场前景广阔

在未来战场上,满足军事领域日益增长的无线通信需求绝非易事:传输容量大、组网灵活、电磁兼容性好、保密性要求高……使传统无线电波通信面临严峻挑战。 可见光通信的特殊优势使其能够与无线电波通信综合运用、相辅相成,也有望在通信以外的领域大显身手。

“对天”、“对地”、“对海”的沟通专家。 在飞机、地下隧道、水面舰艇、潜艇等特殊场所的内部通信中,往往对无线电设备的使用进行严格限制,以防止射频信号干扰。 1982年英阿拉马岛战争中,英国“谢菲尔德”号无法兼容舰载无线通信系统和舰载预警雷达,导致舰载雷达无法启动时间并检测来袭的“飞鲸”导弹。 ,直接导致船舶毁坏、人员伤亡的灾难性后果。 采用可见光通信,只需在上述特殊场所安装中央控制器和一系列LED光源即可在实现通信的同时有效避免电磁干扰,从而实现快速通信、反潜通信、水下通信等。作战平台。 为特种作战通信提供高效、安全的通信手段。

高精度导航定位“专家”。 可见光通信中央控制器将导航信息传输至LED信息节点,然后以可见光为载体传输至照明范围内的武器平台终端。 终端采用嵌入式光敏探测器,获取最及时的动态战场环境。 、最佳路线和坐标位置等导航定位信息。 相关研究表明,综合采用战场LED信息节点网络科学布局、算法设计、信号处理优化等措施,可见光导航定位精度可达到厘米级。

目标识别和战场事故预防的强大工具。 通过在各类武器平台上安装LED灯光识别设备,平台之间以及平台与LED信息节点之间可以基于特定的信号编码进行实时通信和身份识别。 武器平台可以检测接收到的LED光信号的闪烁模式。 通过阅读它,您可以有效判断该信号是敌是友,从而及时采取有效对策,最大程度保证自身安全。

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