柳晶

摘要：隨著通信技術(shù)的快速發(fā)展，人們對(duì)于通信的傳輸速率、安全性有了更高的要求，光通信技術(shù)的研究向著更廉價(jià)、更方便、更安全的方向發(fā)展，于是無(wú)線(xiàn)光通信技術(shù)步入人們視線(xiàn)。本文主要介紹了無(wú)線(xiàn)光通信技術(shù)的原理、優(yōu)點(diǎn)以及不足;從而引發(fā)對(duì)無(wú)線(xiàn)光通信系統(tǒng)未來(lái)發(fā)展方向的思考。

關(guān)鍵詞：無(wú)線(xiàn)光通信;LED可見(jiàn)光通信;水下光通信

中圖分類(lèi)號(hào)：TN91 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ?文章編號(hào)：1003-9082（2020）07-0-01

一、無(wú)線(xiàn)光通信技術(shù)

無(wú)線(xiàn)光通信技術(shù) （OWC，Optical Wireless Communication）不需要光纖作為載體，擺脫了通信線(xiàn)路對(duì)傳統(tǒng)通信技術(shù)的束縛。無(wú)線(xiàn)光通信的傳輸同樣需要經(jīng)歷發(fā)射、傳輸和接收三個(gè)階段，與傳統(tǒng)的光纖通信一樣：電信號(hào)經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換成為光信號(hào)，光發(fā)射端經(jīng)過(guò)光學(xué)發(fā)送天線(xiàn)發(fā)送光信號(hào)至大氣中，經(jīng)大氣的傳播后，被學(xué)接收天線(xiàn)所接收，光接收端再將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，從而完成了一次無(wú)線(xiàn)光信號(hào)的傳播。2013年，復(fù)旦大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)學(xué)院成功將網(wǎng)絡(luò)信號(hào)接入到一盞1W的LED燈，燈光照射下的電子設(shè)備即可連接互聯(lián)網(wǎng)，平均上網(wǎng)速率達(dá)到了150M/S，被稱(chēng)為最快的“上網(wǎng)燈光”。這是非常典型的利用無(wú)線(xiàn)光進(jìn)行通信的案例，在當(dāng)時(shí)引起了人們的廣泛關(guān)注，可是七年過(guò)去了，“燈光上網(wǎng)”仍然沒(méi)有走進(jìn)人們的生活，無(wú)線(xiàn)光通信的發(fā)展好像是停滯不前，由于無(wú)線(xiàn)光本身的特性和技術(shù)難度，日常使用仍有很多沒(méi)有解決的問(wèn)題，但是無(wú)線(xiàn)光通信在一些特殊領(lǐng)域有著很深的發(fā)展前景。

二、無(wú)線(xiàn)光通信的優(yōu)點(diǎn)

1. 傳輸帶寬較寬、頻譜資源豐富

無(wú)線(xiàn)光通信技術(shù)是利用光波進(jìn)行通信傳輸?shù)募夹g(shù)。由于光波本身的特點(diǎn)，無(wú)線(xiàn)光通信技術(shù)傳輸帶寬較寬、頻譜資源非常豐富，并且無(wú)須像無(wú)線(xiàn)電通信那樣申請(qǐng)頻率使用許可，也不需要交納頻率占用費(fèi)，眾所周知頻譜是不可再生的、唯一的資源，隨著科技的發(fā)展，頻率資源的緊缺將是人們無(wú)法避免的問(wèn)題，而無(wú)線(xiàn)光通信大大節(jié)省了這部分的成本。

2.抗干擾性強(qiáng)、安全性高;

光無(wú)線(xiàn)通信頻譜位于光頻段，具有非常好的方向性和非常窄的波束，不可視。無(wú)線(xiàn)電不會(huì)對(duì)其構(gòu)成干擾，鏈路位置不容易被探測(cè)，受到干擾和竊聽(tīng)的可能性很低，安全性和抗干擾性對(duì)比無(wú)線(xiàn)電通信都更優(yōu)秀。

3.適用各種環(huán)境

無(wú)線(xiàn)光通信系統(tǒng)以光為傳輸媒介，適用于任何環(huán)境，工作在物理層，不依賴(lài)某種協(xié)議?，F(xiàn)在通信網(wǎng)絡(luò)常用的SDH、異步傳輸模式、光纖分布式數(shù)據(jù)接口、以太網(wǎng)、快速以太網(wǎng)等都能通過(guò)，對(duì)語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、圖像等業(yè)務(wù)可以做到透明傳送。

4.架設(shè)靈活

無(wú)線(xiàn)光通信系統(tǒng)對(duì)比光纖通信架設(shè)更加靈活，無(wú)須埋設(shè)光纖，降低了材料成本和人工成本，并且可以在更短的時(shí)間內(nèi)完成地對(duì)空、空對(duì)空等復(fù)雜的通信任務(wù)，更加適用于應(yīng)急通信。

三、未來(lái)發(fā)展

1.可見(jiàn)光通信（VLC，Visible Light Communication）

LED可見(jiàn)光通信是無(wú)線(xiàn)光通信的應(yīng)用中最貼近于我們生活的。LED可見(jiàn)光通信利用LED燈作為信號(hào)的發(fā)射器，利用肉眼不可見(jiàn)的閃爍來(lái)傳遞信息，接收端利用對(duì)光很敏感的光電探測(cè)器來(lái)接收由光的快速閃爍傳遞的信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換成為電信號(hào)進(jìn)行傳播。目前，LED可見(jiàn)光通信面臨的主要瓶頸是如何將信號(hào)送到LED上以及如何低成本的普及接收端對(duì)光信號(hào)的接收能力。而且當(dāng)LED可見(jiàn)光通信真的普及到家家戶(hù)戶(hù)后，如何避免相互之間的干擾也是一個(gè)迫切需要解決的問(wèn)題。

2.自由空間光通信（Free Space Optical Communication）

可分為大氣光通信、衛(wèi)星間光通信和星地光通信。在大氣間進(jìn)行光通信，大氣會(huì)對(duì)光進(jìn)行吸收和散射，光信號(hào)會(huì)受到強(qiáng)烈干擾，而且由于大氣介質(zhì)的隨機(jī)性、不確定性，雨、雪、霧等天氣對(duì)無(wú)線(xiàn)光通信系統(tǒng)的衰減值均不相同，我們目前尚且無(wú)法得出完美的解決方法。所以目前我們的研究方向主要還是面對(duì)“最后一公里”的使用。目前的研究甚至連大氣湍流引起的光線(xiàn)漂移、色散等問(wèn)題都沒(méi)有包含在內(nèi)，而這些因素會(huì)對(duì)信號(hào)的傳遞產(chǎn)生很大的干擾，因而影響無(wú)線(xiàn)光通信系統(tǒng)的誤碼率、傳輸距離和通信帶寬。而自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)可能作為以上問(wèn)題的一個(gè)重要解決辦法成為今后科學(xué)家研究的方向。對(duì)于星際通信目前主要使用的是微波，可是由于微波的頻率低、易受干擾，而太空環(huán)境復(fù)雜、噪聲大，微波通信通常無(wú)法滿(mǎn)足我們的需要。而無(wú)線(xiàn)光通信相較于微波具有頻率高、頻帶寬等優(yōu)點(diǎn)，可以使星際間通信可以更加迅速、穩(wěn)定?？茖W(xué)家對(duì)衛(wèi)星間激光通信技術(shù)進(jìn)行了深入研究。目前在發(fā)射功率、接收靈敏度、捕獲和瞄準(zhǔn)要求、熱穩(wěn)定性和機(jī)械穩(wěn)定性等關(guān)鍵技術(shù)已經(jīng)得到了突破性的進(jìn)展，相信在不久的將來(lái)可以代替微波成為星星間傳播的重要途徑。

3.水下光無(wú)線(xiàn)通信（UOWC，Underwater Optical Wireless Communication）

眾所周知水聲通信已經(jīng)非常成熟、應(yīng)用廣泛，在軍事領(lǐng)域與科研領(lǐng)域都發(fā)揮了重要的作用。那么為什么仍然需要去對(duì)水下光通信進(jìn)行研究？這要從水聲通信的特點(diǎn)開(kāi)始說(shuō)起：1.由于聲波頻率低，帶寬窄，所以傳輸數(shù)據(jù)速率比較低，通常為kbps的量級(jí)。2.由于聲波在水中傳播速度慢，所以傳播存在嚴(yán)重的通信延遲，通常長(zhǎng)到以秒為單位。3.聲音收發(fā)器通常體積大，成本高，能耗高。并且會(huì)對(duì)水下依賴(lài)聲波生存的生物產(chǎn)生嚴(yán)重的傷害。而水下光無(wú)線(xiàn)通信相較于水下聲通信，由于光的特點(diǎn)，水下光無(wú)線(xiàn)通信傳輸速率更快，傳播延遲更小，成本也更低。可激光在水下的傳播也是一個(gè)等待解決的難題，利用藍(lán)綠激光可穿透云層和海水，與電磁波相比，方向性強(qiáng)，信息隱蔽性好，信息傳輸率高的特點(diǎn)，海水透射窗—藍(lán)綠激光作為載波將成為遠(yuǎn)程水下通信的一個(gè)重要研究方向。

4.軍事領(lǐng)域通信

隨著現(xiàn)代化戰(zhàn)爭(zhēng)對(duì)抗手段的不斷進(jìn)步與發(fā)展，傳統(tǒng)的無(wú)線(xiàn)電通信已經(jīng)不能滿(mǎn)足戰(zhàn)場(chǎng)的需求。無(wú)線(xiàn)電通信系統(tǒng)會(huì)由于敵軍使用的強(qiáng)電磁輻射干擾導(dǎo)致完全癱瘓。 光纖通信系統(tǒng)無(wú)法在短時(shí)間內(nèi)建立起來(lái)，也更容易被破壞，對(duì)于機(jī)動(dòng)性強(qiáng)的戰(zhàn)場(chǎng)無(wú)法投入使用。激光通信能在更短的時(shí)間內(nèi)建立，具有抗干擾性、保密性，在軍事領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。

結(jié)語(yǔ)

無(wú)線(xiàn)光通信近幾年在民用領(lǐng)域進(jìn)展緩慢，并不是因?yàn)檫@項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展前景不夠，傳統(tǒng)的無(wú)線(xiàn)電通信傳輸速率受限，頻率資源緊張，而無(wú)線(xiàn)光通信頻譜資源豐富、傳輸速率更快、抗干擾性強(qiáng)、安全性高、適用各種環(huán)境、架設(shè)靈活、成本低。當(dāng)無(wú)線(xiàn)電頻譜資源面臨枯竭的時(shí)候，無(wú)線(xiàn)光通信技術(shù)將會(huì)重新煥發(fā)生機(jī)。在未來(lái)，無(wú)線(xiàn)光通信在許多領(lǐng)域有望取代無(wú)線(xiàn)電通信，成為很多“最后一公里”通信的解決方案。而且，發(fā)展無(wú)線(xiàn)光通信與發(fā)展無(wú)線(xiàn)電通信之間并不是矛盾沖突的關(guān)系，頻譜非再生，無(wú)線(xiàn)光通信不會(huì)取締無(wú)線(xiàn)電通信，而是與之共同發(fā)展。面對(duì)5G之后的通信時(shí)代，物聯(lián)網(wǎng)大規(guī)模連接，人們對(duì)于通信速率的要求越來(lái)越高。無(wú)線(xiàn)光通信技術(shù)終會(huì)走入我們的生活，家中的“Wi-fi”會(huì)變成“Li-fi”，讓我們共同期待。