畅想未来,可见光通信网络或许是这样的:在路灯下,借助LED光源就能在线阅读、下载电影;在飞机、高铁、医院等场所,只需借助座椅上的阅读灯,你就可以上网,乃至能看高清视频;在无线电波传播受限的分外环境中,比如水下、水面舰艇或潜艇内部,我们也能借助定制的可见光通信设备实现通信畅通。可以预见,可见光通信有着广泛的运用前景,它的神秘面纱正在被逐渐揭开。
无线尖兵“青出于蓝”
从传播特性看,可见光通信仍属于无线通信的一种,只不过信息的传输载体不是传统的无线电波(频率范围3赫兹~3000吉赫兹),而是频率高达384~769太赫兹的可见光波。它是一种利用可见光波谱作为载体来传输数据的全新无线传输技能,通过给LED灯泡装上微芯片,可掌握其每秒数百万次闪烁,个中灯亮代表“1”,灯灭代表“0”,二进制的数据被快速编码成灯光旗子暗记并进行有效传输。

而灯光下的手机、平板电脑等各种终端设备,通过集成特制的光敏传感器,就能读懂蕴藏在灯光中的“摩尔斯密码”,从而达成高速信息传输的目的。由此看来,与无线电波通信这位“老大哥”比较,可见光通信在基本事理上虽无特殊不同,却有着“青出于蓝”的分外上风。
传输带宽更大。当前,传统的无线电波通信正面临“频谱短缺”的窘境,10~60吉赫兹的可用频谱,抢占优先利用权的趋势更加明显。而可见光通信频谱宽度比现有无线电波可用带宽高4个数量级,完备不用担心频谱不足用的问题。
组网利用更活。传统的无线电波通信组网比较繁芜,既须要安装大量辐射射频旗子暗记的信息根本举动步伐和终端设备,又极易产生电磁兼容和相互滋扰问题。而可见光通信无需建立基站,也无需频段容许授权,只需在LED灯泡中加装芯片,便可使其具有“通信基站”“无线路由器”“GPS卫星导航”等功能,从而实现有灯光的地方就有网络旗子暗记,真正实现“末端直通”“泛在互联”。这对付机舱内部、水面舰艇、潜艇、地下坑道等电波传播受限的环境,可极大填补电磁覆盖的不敷,并有效避免电磁兼容和相互滋扰问题。
保密性能更好。由于可见光通信必须在LED光源开启时才能传输,灯光关闭时通信功能便会失落效,因此只需加装遮光设备使光芒透不出去,就能形成封闭式通信网络,其安全等级较其他无线传输技能更高。此外,由于可见光只能沿直线传播,且其上行和下行信道是独立运行的,黑客必须处在同一个房间之中,并同时侵入两个信道才能完成一次真正意义上的攻击,要想在光芒传播线路之外进行旗子暗记盗取和滋扰非常困难。
国际竞争日趋激烈
日本最先启动了可见光通信的干系研究。早在2000年,中川研究室就提出利用LED照明灯作为通信基站进行信息无线传输的室内通信系统试验。2014年,日本TAKAYA公司研发的汽车间可见光通信系统,速率达到每秒10兆比特;同年5月,日本东洋电机研发的水下可见光高速通信装置,峰值打破每秒50兆比特。
欧洲各国也不甘掉队,其在可见光通信方面的事情,紧张由欧洲的20多家大学、科研单位和企业组成的OMEGA操持来推进。2015年11月,爱沙尼亚Velmenni公司演示了一种原型灯泡,在实验室条件下其峰值数据传输速率达到每秒224吉比特。
美国作为天下头号科技强国,正力争钻营环球可见光通信技能及市场的主导权。以谷歌为代表的科技巨擘,以及波士顿大学ERC中央、加州大学UC-Light中央、宾州州立大学COWA中央等科研机构,正加紧开展可见光通信标准协议及干系系统的研发事情,并启动了抢占干系市场的机制及策略研究。
可见光通信的愿景虽然美好,但仍需打破一系列技能瓶颈,才有望大规模推广运用。比如,如何将可见光带宽潜力转化为宽带能力,目前囿于白光LED有限的调制带宽,亟待进一步的技能打破。又比如,无论LED灯的旗子暗记掌握还是旗子暗记吸收后的实时处理,都须要专用的集成芯片,目前这方面研究还很薄弱。再比如,可见光旗子暗记的波长很短,在传播介质中极易迅速衰减,直接导致其通信间隔受限,要实现远间隔高速传输难度不小。
对此,天下各国纷纭开展可见光通信的关键技能攻关,力争在这块蛋糕的切分上抢占先机。
未来沙场大有可为
未来沙场上,要知足进步神速的军事领域无线通信需求可不随意马虎:传输容量大、组网灵巧、电磁兼容性好、保密哀求高……使得传统的无线电波通信面临严厉寻衅。而可见光通信所具有的分外上风,使其不仅可与无线电波通信综合利用、相得益彰,更有望在通信以外领域大展技艺。
“上天”“入地”“下海”的通信好手。在飞机、地下坑道、水面舰艇、潜艇等分外场所内部通信中,为防止射频旗子暗记滋扰,每每对无线电设备利用提出严格限定。1982年英阿马岛战役中,英“谢菲尔德”号便是由于舰载无线通信系统与舰载预警雷达之间难以兼容共用,从而使舰载雷达不能及时开机并创造来袭的“飞鱼”导弹,直接导致了舰毁人亡的灾害性后果。而有了可见光通信之后,只需在上述分外场所加装中心掌握器和一系列LED光源,就能在达成通信的同时有效规避电磁滋扰,从而为作战平台内部实现快速通信、对潜通信、水下特种作战通信等供应高效安全的通信手段。
高精度导航定位的“专家”。可见光通信中心掌握器是通过将导航信息传送给LED信息节点,再以可见光为载体传到光照范围之内的武器平台终端,该终端利用内嵌的光敏探测器就可以获取最及时的动态沙场环境、最优路线和坐标位置等导航定位信息。有关研究表明,综合采纳沙场LED信息节点网络科学布局、算法设计和旗子暗记处理优化等方法,就能使可见光导航定位精度达到厘米级。
目标识别与沙场防误伤的利器。通过为己方各种武器平台加装LED灯光识别设备,平台与平台、平台与LED信息节点之间就能依托特定的旗子暗记编码开展实时通信与身份识别,武器平台通过对吸收的LED灯光旗子暗记闪烁规律进行识读,就能有效剖断此旗子暗记的敌我属性,从而及时作出有效应对方法,最大程度确保自身安全。
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