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一盏灯 破解多网融合“囧”境
2018-12-19 09:46:00  来源:新华日报  
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  在室外,没有WiFi,也没有4G,你却能只用不到0.2秒,下载一部正在热映的高清大片,同时还能打电话、上网看新闻、订餐,等等。做到这些,仅仅需要一点——站在路灯下。

  这么炫酷的技术,真的存在!它就是炙手可热的通信技术——可见光通信。

  可见光通信,与WiFi和即将到来的5G等通信技术交互融合,在物联网、智慧城市等诸多领域,带来面目一新的创新体验。中国工程院院士邬江兴认为,可见光通信,或可破解多网融合的“囧”境。

  从第一台电话机问世,人类就探索可见光通信的可能

  灯光通信,一个研究了百年的信息技术

  先做个名词解释。可见光通信技术(VLC),又称为LIFI,指利用可见光波段的光作为信息载体,无需光纤等有线信道的传输介质,在空气中直接传输光信号的通信方式。用一句话简单翻译,有光,就能进行高速通信。无论是传输数据信息、上网,还是进行语音、视频通话,或是物联网设备连接,均可轻松实现。

  其实,近来火爆的可见光通信,并非是最近几年横空出世。它的起源,可以追溯到100多年前电话刚刚诞生的年代。

  1876年,贝尔试验了世界上第一台电话机。其实,贝尔还有另一项伟大的探索,那就是光线电话。记者查询相关科研资料得知,1880年,贝尔发现,通过调节光束可以实行语音信号传递。这实际上是人类第一次触摸可见光通信。

  南京邮电大学的有关专家介绍,进入21世纪, 发光二极管也就是LED灯普及,可见光通信因此重获生机。科学家们通过给普通的LED灯加装微芯片,就能使其以极快的速度闪烁,从而发送数据。

  专业的解释,可能有些难以理解。简单比方:灯亮代表1,灯灭代表0,通过芯片控制LED灯,通过每秒数百万次的闪烁,二进制的数据就被快速编码成灯光信号,从而进行有效传输。据专家介绍,相比传统的荧光灯、白炽灯,LED可以实现更快的切换速度。由于闪烁频率极快,人眼根本觉察不到,光敏传感器却可以接收到这些变化。电脑、手机或是物联网设备,通过信号接收实现网络通信。

  凤凰数据公司的通信专家程建明告诉记者,高速率性,是可见光通信的最大优势,也是业界普遍看好其前景的主因。但在2000年可见光通信刚刚兴起之时,有限带宽限制了可见光通信的传输速率。 2010年,德国弗劳恩霍夫研究所的团队将通信速率提高至 513Mbps创造世界纪录。这几年,世界各国的科学家们不断刷新通信速率。中国的科学家将可见光通信系统实时通信速率提高至前所未有的50Gbps,展现了中国在可见光领域的地位和科研实力。

  有了5G和WIFI,为何还要发展可见光通信?

  每一个灯泡,都变身高速路由器

  人们在为中国科学家点赞的同时,不仅要问:无线WIFI基本普及,而5G明年即将商用,为何还要研究和发展可见光通信?

  原因在于目前无线信号传输设备的局限性。比如移动网络,全球数百万个基站帮助其增强信号,但大部分能量却消耗在冷却上,效率只有5%。目前广泛使用的WiFi,其信号容易干扰破解,遇到墙壁等易阻断。要获得较强的信号,只能加大设备功率,导致局部电磁辐射增强,这对于电磁敏感区域如医院、矿井等是个难题。

  “由于可见光通信是借助光线实现传输信息,其技术优势包括高速传输、广阔覆盖、节能经济、绿色健康、可靠兼容等。” 程建明说,可见光通信相对安全而且经济。

  记者了解到,与现有的无线网络相比,可见光通信具有几大突出的优势。

  最明显的是,上网速度更快。LIFI光谱比无线电频谱大10000倍,这个速度是4G的100倍、5G的10倍。以下载传输为例,当前可见光通信实时传输速率支持每秒G比特量级的高速传输,也就是用LIFI技术下载一部1个G的电影,只需0.2秒不到的时间。

  LIFI技术无需建立基站,只需在LED灯泡中加一个芯片,便可使其具有无线路由器、通信基站、WIFI接入点功能。借助灯光传输,也不存在电磁干扰,因此绿色无害。

  有光就有网络的特点,让室内信号更加稳定而且安全。在徐州市铜山开发区某通信企业,技术人员现场演示,不需要关灯,只将窗帘轻轻遮住窗户,室内信息立即截断,不会外泄至室外。

  技术人员介绍,由于不使用无线电波通信,对电磁信号敏感的地方,可以自由使用。以矿产安全为例,众所周知,矿中没有无线通信不行,但无线通信会产生静电,从而引发瓦斯爆炸,因此矿下通信就成了“两难”。江苏世杰光电有限公司与中国矿业大学合作,借助矿工头盔上的LED照明灯“互换信息”,隧道照明灯接入网络,及时将矿下数据与地面进行传输,从而实现矿下监控。这一成果,已经开始在部分矿企里投入使用。

  目前,重庆市高新区已先期启动以可见光通信为核心的智慧家庭网络示范工程,郑州市高新区也将开展规模化的试点应用。我国信息领域著名专家、中国工程院院士邬江兴介绍,LIFI运用到家庭估计还需要两三年时间。届时,大家的生活将发生变化:比如,无需WIFI信号,每个路灯都是一个免费的信息中转站;行驶在路上,汽车通过LED车灯自动与其他车辆或路牌等交换信息,从而助力智能驾驶。更为超乎想象的变化是,将催生一批新型行业,比如特种通信、目标探测、高精度定位等;同时拉动照明等传统行业升级,实现配电与信息服务的融合。

  可见光通信或可破解多网融合的“囧”境——

  万亿新兴产业,第一方阵有中国

  正是由于在未来通信领域中占有重要的地位,世界各国纷纷跻身可见光通信研究领域。2000年,日本中川研究室对可见光通信信道进行数学分析和仿真计算。欧洲推出OMEGA 计划,把可见光通信技术列为重要的高速接入技术之一。美国成立UC-Light,开发基于LED照明的高速通信和定位系统。

  我国从2011年开始部署研发,中科院、北大、清华、南邮、东大等一批科学家纷纷涉足。2013年,复旦大学研发出3.75Gbps离线数据传输的速率,创造世界纪录。解放军信息工程大学等单位已经研发成功可见光点播电视业务等6套应用示范系统。

  今年8月24日,在中国国际智能产业博览会上,中国研制的全球首款商品级超宽带可见光通信专用芯片组正式亮相。该芯片组可支持每秒G比特量级的高速传输,这是我国继50Gbps速率后,又一项全球领先的产业技术成果,从而跨越了大规模产业化和开拓高端市场进程中最难迈过的技术门槛。

  在专家看来,可见光通信技术,更多实现的是不可估量的应用创新。它与WiFi、5G等通信技术交互融合,未来将达到万亿的产业规模。邬江兴表示,目前,全球大约拥有440亿盏灯具构成的照明网络。每盏灯都可以当做一个高速网络热点,满足室内网、物联网、车联网等网络末端无线通信需求,为互联网+提供一种崭新的廉价接入方法。

  更为重要的是,“大数据”时代,通信“带宽”面临压力。邬江兴预测,在未来数十年内,信息传输量将超出现有无线电频谱承载能力。可见光通信技术可有效突破频谱资源匮乏的困局。我国目前也正在推进“三网融合”工作。在现有的网络之间,可见光通信或可作为“融合剂”,实现业务互通、技术互补,解决网络间融合的“囧”境,从而催生新兴产业、变革商业模式。

  随着工业互联网和人工智能的兴起,可见光通信迎来产业腾飞的重大机遇。中国信息通信研究院技术与标准研究所余冰雁认为,业内各企业和研究机构应找准特定需求的应用场景,开发性价比高、竞争力强的拳头产品,扩大产业影响力;同时强化关键技术创新,补齐产品线,实现产业高速发展和升级。

  本报记者 郑 焱

标签:可见光;通信;wifi
责编:王凰
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