Page 34 - 网络电信2022年2月刊
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光 通 信
当前读写器的光学收发组件较为简单，无法随环境和通信 散射，极大影响光信号的质量。对于光标签系统来说，逆反射
情境改变。光学天线，包括光学透镜组和与之相配合的合束、 的特性使得光信号通过大气的距离是一般光通信的两倍，而且
分束滤光片、棱镜等光学组件，可以对光束进行波束成形与操 逆反射信道的特性与普通的光通信信道也有所差异，因而大气
控，实现空间光信号的增益，提升光信道质量。此外，成形的 信道特性对通信性能有着更大的影响。细粒度的大气信道建模
光波束还可以协助高动态的车路协同场景下设备的捕获、瞄准 可以帮助理解环境对通信的影响因素，进而调优系统性能，提
和跟踪，在车辆、路牌各异的复杂情景下实现最优的通信能 升车路协同的稳定性。
量分配，确保高速移动情景的稳定可靠的（逆反射）光通信链
路。 四、光车路协同应用场景与展望
2. 新型光标签 1. 智能座舱与增强辅助驾驶
（1）高速反射调制器 随着车路协同的深入发展，智能座舱技术和基于增强现实
反射调制器是光标签实现调制入射光信号功能的核心组 的增强辅助驾驶也崭露头角。光标签定位技术使光标签可以作
件。当前光标签使用液晶调制器作为反射调制器，其原理与常 为锚点，让读写器感知到光标签在以车辆为中心的三维世界的
见的液晶显示器相类似，刷新率为几十至几百Hz，进而限制逆 坐标。若结合未来的车载抬头显示（如智能眼镜、全息前挡风
反射通信链路的带宽为亚kHz级。光标签这一概念并不与特定的 玻璃），则可以形成增强辅助驾驶系统。
反射调制器相耦合，基于新材料（ferroelectric等）或者新原 当驾驶员进入了智能座舱，并激活了抬头显示，便可以通
理（如MEMS技术，如图6所示）的反射调制器有望在维持光标签 过语音或者眼动的方式来与增强辅助驾驶系统交互。驾驶员可
技术低功耗特性的同时，极大提升通信带宽，从而可为车路协 以利用汽车头灯内整合的光标签读写器，结合抬头显示中的视
同传输更复杂的数据。 野区域，来与光标签进行选择性通信。驾驶员通过眼动追踪等
方式来筛选目标光标签，不需分神用手操作，这极大提升了驾
图6 一种可被光标签应用的MEMS反射调制器的原理 驶员专注度。同时，被激活的光标签将以全息图的形式叠加在
驾驶员的增强视野中，驾驶员可以直接在抬头现实中看到远方
路牌所提示的限速、急弯、信号灯的状况，更加及时地做出相
应的动作。同时，光标签也可将弱光下的安全隐患，如过暗的
故障车辆和行人等，以全息图的形式提前告知驾驶员。若车灯
与车牌之间存在链式VLBC通信，后车的驾驶员也可以在增强视
野中提前看到被前车或者拐弯处遮挡的行人、车辆等。这对山
路、施工路段等盲区较多的情景有很大的裨益。
在高速动态的场景下，传统的无线电技术往往难以使驾驶
（2）光学智能反射面 员实现与环境中目标智能设备的快速交互。然而借助光标签技
智能反射面通过在平面上集成大量低成本的无源反射元 术，驾驶员在使用抬头显示的情况下，不需分神即可快速完成
件，智能地重新配置无线电磁波传播环境，从而显著提高无线 对周遭环境中光标签的询问和交互，并获取增强的驾驶辅助信
通信的性能，近年来已有光学波段的智能反射面设计问世。光 息。我们有理由相信，载有光标签的增强现实锚点会成为未来
学智能反射面可以作为光标签的反射调制器，对光信号进行灵 增强辅助驾驶的组成部分。
活可编程操控，实现反射光链路的高阶调制（包括振幅、相 2. 光车路协同
位、频率和偏振等方面）。此外，智能反射面可实现大范围电 光车路协同示例如图7所示：
磁波频谱进行调制，建立起光电融合的无线（逆反射）车路协
同通信系统。 图7 光车路协同示例
（3）显示通信一体化
显示器已经在城市道路上中得到了广泛的应用与部署，当
前的显示器主要用来为人类提供视觉信息，其与计算机系统之
间蕴含的可见光通信信道尚未被充分利用。而光标签技术也可
进一步与显示器结合，在不影响正常图像显示效果的同时，利
用额外的、人类不可见的信道向读写器（车辆）传输信息，从
而提升现有显示基础设施对计算机系统传输信息的能力，为虚
拟现实、增强现实等车路深度融合技术提供显示通信一体化的
底层技术支持。
由于交通基础设施在道钉、路牌甚至道路标识线等位置大
（4）细粒度信道建模
随机多变的大气信道会对光通信的信号传输带来干扰，特 量使用了逆反射材料，基于光标签技术的逆反射通信极易与现
有的交通基础设施结合，使得以低成本和简易的部署流程打造
别是在气象环境恶劣的城市场景中，大气中烟、雾、霾、雪、
气溶胶等粒子受到车流的持续扰动，会引起光的不规律吸收和 大规模智能基础设施成为可能。光标签与智能基础设施的结合
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