Page 40 - 网络电信2022年5月刊
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解   决  方  案

            水下传输时不像声波四面传输，容易造成不同发射和接收端之                          需要申请频率执照和频谱使用费用的问题。
            间的干扰，有利于水下无线传感网的建立和信息有效传输。由                              （3）不受无线电波干扰：可见光通信使用光线进行通信
            于激光具有较好的指向性，一旦被截获容易发现窃听者，因此                          传输，除了本身的通信传输不会受到周遭电子产品无线电波干
            有利于降低网络安全隐患。相比传统水声通信而言，激光传输                          扰，同时也不会有像传统无线电传输对其他无线电通信传输设
            的信号更难被破译，故而安全性更好。                                    备的电波干扰问题。在需要避免无线电波干扰的场所，如医
                                                                 院、加油站、机场等环境，非常适合用可见光通信来取代传统
                三、 可见光通信                                         无线电通信传输系统。
                随着5G  通信在2021年的逐渐普及且进入商用化部署，世
            界各国纷纷瞄准未来6G移动通信展开研究工作，力图抢占市场                             四、无线光通信系统
            商机。下一代6G通信技术是全球学术界和产业界的研究热点之                             海洋生态系统是由复杂的物理、化学、生物环境组成，同
            一，在智慧城市、智能交通和智能家居等领域具有极大的应用                          时存在太多可溶性物质、悬浮体和活性生物体，使得光束在水
            价值和市场前景。未来大规模物联网的应用，数据量将呈指数                          中传播被吸收作用和散射作用下而引起衰减，造成光通信误码
            级增长，对于千兆级甚至万兆级无线传输网络提出了更高的要                          率提高。典型的通信过程包括将待发送的信息通过调制器加载
            求，而传统的射频通信技术已无法满足需求。许多国际通信大                          到光源上，实现将电信号向光信号的转换，即实现了信源中的
            厂也陆续针对下一世代6G移动通信提出6G无线通信白皮书，以                        信息调制功能。光信号在水下信道传输要考虑水下信道中的有
            在2030  年能够达到Tera  bps等级的更高传输速率与天上水下                  机物对光波的吸收、水中杂质对光信号的散射和反射以及水本
            全球覆盖的需求。其中，除了将通信频率从5G毫米波频段进一                         身对光波的衰减、折射和吸收。在接收端，利用光学天线将光
            步在6G  提高至次太赫兹与太赫兹频段，以获得更大的可用频                        信号接收下来之后，通过光电二极管将探测到的光信号转换为
            谱，可见光通信（Visible  Light  Communications，VLC）  也       电信号，对电信号进行滤波、整形和编解码处理之后，可恢复
                                                                               [4]
            是许多国际通信大厂所提出的6G无线通信白皮书中的一项候                          出原始传输的信息 。
                     [3]
            选技术选项 。如图2（来源:“Gheorghe  Asachi”Technical                苏州芯运旺科技的水下可见光通信系统可直接与现有家
            University of Iasi, Iasi, Romania, 13/06/2011）所示，可   用照明LED  结合，完成实时高分辨率视频传输演示，也可以使
            见光是指频谱范围400nm至750nm波长的频段。                            用自行开发的高速信号处理平台，基本原理如图3  所示。系统
                                                                 主要由发射端、接收端以及信道三大部分构成。其中，发送端
             图2 可见光频谱                                            由基带信号处理电路、驱动电路和光发射器等组成，主要功能
                                                                 是对发送数据进行数字信号处理，如高效的、抗干扰能力强的
                                                                 信道编码调制技术对发送信息进行电调制，再由高速光源驱动
                                                                 电路驱动LED  完成电信号到光信号的转换，使信号以光波的形
                                                                 式在水下信道中完成光信号的传输。同时需考虑水环境对光信
                                                                 号产生吸收、散射等一系列不利影响。接收端是发射端的逆过
                                                                 程，需考虑光电信号转换、干扰滤除、有效解调解码的问题。
                                                                 包括光电探测器（Avalanche  PhotoDiode，APD）、电流电压转
                                                                 换器（Transimpedance  Amplifier，TIA）和信号处理电路等部
                                                                 分。主要功能是由光探测器进行光电转换，透过电流电压转换
                可见光通信（VLC）主要是利用发光二极管（Light-                      器转换为电信号，再传递给基带信号处理电路进行同步、解调
            Emitting  Diode，LED）发出高速明暗闪烁的信号来传输数据的                以及译码等信号处理，最后得到接收数据。
            一种技术。事实上可见光通信并不是一种新兴的通信技术，早
            在2000  年初就已陆续有相关技术的研发与成果发表。随着可见                       图3 无线光通信系统架构
            光无线通信技术的发展，可见光不只有照明的功能，更可应用
            于无线上网、室内定位、车间通信等应用领域。同时，由于可
            见光波段在水下通信具有极为良好的低损耗特性，亦非常适合
            于水下高速传输的应用。
                使用可见光进行无线数据传输有着以下的优点：
                （1）安全性高：可见光通信对于室内用户来说，当门窗
            处于紧闭状态时，光线不易穿透出房间。同时传输范围聚焦一
            定的范围内，因此不会像传统无线电通信传输有窃听或是数据
            窃取的问题，使得可见光通信本身成为一种非常安全的传输技
            术。
                （2）使用免费：可见光通信使用的频谱范围，目前全世界                           信道部分视具体应用场景而定，若使用于室内光通信，则
            各国并未订定相关法规管制，因此使用上并无传统无线电通信                          信道为空气；若是针对水下光通信，则信道为水流。光信号在

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