來源 |解放軍報
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可見光，作為生命最初的色彩，在其見證下，人類慢慢從愚昧走向開化，從野蠻走向文明。然而，隨著科學技術的進步，人們驚奇地發現，可見光不僅可以照亮世界，而且還可以在一種顛覆傳統觀念的新技術支持下，實現通聯整個世界的夢想。這種利用可見光來傳輸信息和數據的新技術就是可見光通信，又稱「Li－Fi」。
暢想未來，可見光通信網絡或許是這樣的：在路燈下，藉助LED光源就能在線閱讀、下載電影；在飛機、高鐵、醫院等場所，只需藉助座椅上的閱讀燈，你就可以上網，甚至能看高清視頻；在無線電波傳播受限的特殊環境中，比如水下、水面艦艇或潛艇內部，我們也能藉助定製的可見光通信設備實現通信暢通。可以預見，可見光通信有著廣泛的應用前景，它的神秘面紗正在被逐漸揭開。
無線尖兵「青出於藍」
從傳播特性看，可見光通信仍屬於無線通信的一種，只不過信息的傳輸載體不是傳統的無線電波（頻率範圍3赫茲～3000吉赫茲），而是頻率高達384～769太赫茲的可見光波。它是一種利用可見光波譜作為載體來傳輸數據的全新無線傳輸技術，通過給LED燈泡裝上微晶片，可控制其每秒數百萬次閃爍，其中燈亮代表「1」，燈滅代表「0」，二進位的數據被快速編碼成燈光信號並進行有效傳輸。
而燈光下的手機、平板電腦等各類終端設備，通過集成特製的光敏傳感器，就能讀懂蘊藏在燈光中的「摩爾斯密碼」，從而達成高速信息傳輸的目的。由此看來，與無線電波通信這位「老大哥」相比，可見光通信在基本原理上雖無特別不同，卻有著「青出於藍」的特殊優勢。
傳輸帶寬更大。當前，傳統的無線電波通信正面臨「頻譜短缺」的窘境，10～60吉赫茲的可用頻譜，搶佔優先使用權的趨勢更加明顯。而可見光通信頻譜寬度比現有無線電波可用帶寬高4個數量級，完全不用擔心頻譜不夠用的問題。
組網運用更活。傳統的無線電波通信組網比較複雜，既需要安裝大量輻射射頻信號的信息基礎設施和終端設備，又極易產生電磁兼容和相互幹擾問題。而可見光通信無需建立基站，也無需頻段許可授權，只需在LED燈泡中加裝晶片，便可使其具有「通信基站」「無線路由器」「GPS衛星導航」等功能，從而實現有燈光的地方就有網絡信號，真正實現「末端直通」「泛在互聯」。這對於機艙內部、水面艦艇、潛艇、地下坑道等電波傳播受限的環境，可極大彌補電磁覆蓋的不足，並有效避免電磁兼容和相互幹擾問題。
保密性能更好。由於可見光通信必須在LED光源開啟時才能傳輸，燈光關閉時通信功能便會失效，因此只需加裝遮光設備使光線透不出去，就能形成封閉式通信網絡，其安全等級較其他無線傳輸技術更高。此外，由於可見光只能沿直線傳播，且其上行和下行信道是獨立運行的，黑客必須處在同一個房間之中，並同時侵入兩個信道才能完成一次真正意義上的攻擊，要想在光線傳播線路之外進行信號竊取和幹擾非常困難。
國際競爭日趨激烈
日本最先啟動了可見光通信的相關研究。早在2000年，中川研究室就提出利用LED照明燈作為通信基站進行信息無線傳輸的室內通信系統試驗。2014年，日本TAKAYA公司研發的汽車間可見光通信系統，速率達到每秒10兆比特；同年5月，日本東洋電機研發的水下可見光高速通信裝置，峰值突破每秒50兆比特。
歐洲各國也不甘落後，其在可見光通信方面的工作，主要由歐洲的20多家大學、科研單位和企業組成的OMEGA計劃來推進。2015年11月，愛沙尼亞Velmenni公司演示了一種原型燈泡，在實驗室條件下其峰值數據傳輸速率達到每秒224吉比特。
美國作為世界頭號科技強國，正力圖謀求全球可見光通信技術及市場的主導權。以谷歌為代表的科技巨擘，以及波士頓大學ERC中心、加州大學UC－Light中心、賓州州立大學COWA中心等科研機構，正加緊開展可見光通信標準協議及相關系統的研發工作，並啟動了搶佔相關市場的機制及策略研究。
可見光通信的願景雖然美好，但仍需突破一系列技術瓶頸，才有望大規模推廣應用。比如，如何將可見光帶寬潛力轉化為寬帶能力，目前囿於白光LED有限的調製帶寬，亟待進一步的技術突破。又比如，無論LED燈的信號控制還是信號接收後的實時處理，都需要專用的集成晶片，目前這方面研究還很薄弱。再比如，可見光信號的波長很短，在傳播介質中極易迅速衰減，直接導致其通信距離受限，要實現遠距離高速傳輸難度不小。
對此，世界各國紛紛開展可見光通信的關鍵技術攻關，力爭在這塊蛋糕的切分上搶佔先機。
未來戰場大有可為
未來戰場上，要滿足與日俱增的軍事領域無線通信需求可不容易：傳輸容量大、組網靈活、電磁兼容性好、保密要求高……使得傳統的無線電波通信面臨嚴峻挑戰。而可見光通信所具有的特殊優勢，使其不僅可與無線電波通信綜合運用、相得益彰，更有望在通信以外領域大展身手。
「上天」「入地」「下海」的通信能手。在飛機、地下坑道、水面艦艇、潛艇等特殊場所內部通信中，為防止射頻信號幹擾，往往對無線電設備使用提出嚴格限制。1982年英阿馬島戰爭中，英「謝菲爾德」號就是因為艦載無線通信系統與艦載預警雷達之間難以兼容共用，從而使艦載雷達不能及時開機並發現來襲的「飛魚」飛彈，直接導致了艦毀人亡的災難性後果。而有了可見光通信之後，只需在上述特殊場所加裝中央控制器和一系列LED光源，就能在達成通信的同時有效規避電磁幹擾，從而為作戰平臺內部實現快速通信、對潛通信、水下特種作戰通信等提供高效安全的通信手段。
高精度導航定位的「專家」。可見光通信中央控制器是通過將導航信息傳送給LED信息節點，再以可見光為載體傳到光照範圍之內的武器平臺終端，該終端使用內嵌的光敏探測器就可以獲取最及時的動態戰場環境、最優路線和坐標位置等導航定位信息。有關研究表明，綜合採取戰場LED信息節點網絡科學布局、算法設計和信號處理優化等措施，就能使可見光導航定位精度達到釐米級。
目標識別與戰場防誤傷的利器。通過為己方各類武器平臺加裝LED燈光識別設備，平臺與平臺、平臺與LED信息節點之間就能依託特定的信號編碼開展實時通信與身份識別，武器平臺通過對接收的LED燈光信號閃爍規律進行識讀，就能有效判定此信號的敵我屬性，從而及時作出有效應對措施，最大程度確保自身安全。
（作者：周正 陳楓）
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