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我国应加快可见光通信技术的产业化进程
发布时间:2016-07-01 09:21  来源:赛迪专报  作者:朱邵歆

 可见光通信是将LED作为通信光源的无线光通信技术,具有通信速率高、保密性能好、无电磁辐射等特点。可见光通信作为现有无线通信方式的重要补充,在航空航天、军事装备、工业互联网等领域应用前景广阔。赛迪智库集成电路研究所认为,目前我国推动该技术产业化具有技术水平领先、LED产业基础好等优势,同时也存在市场定位尚不清晰、产业链缺乏合作协同、技术标准制订滞后等问题。为此,提出三点建议:以军事等应用领域为产业化推进的切入点,加快产业标准和规范的制订,建立技术和产业公共服务平台。

可见光通信技术简称Li-Fi,是利用可见光LED作为通信光源的无线通信技术。与传统的无线通信技术相比,可见光通信具有通信速率高、保密性能好、无电磁辐射等特点,能有效解决人员密集场所的通信网络拥挤、网络覆盖不全面、电磁屏蔽场所无线通信困难等问题,未来有望在航空航天、军事装备、深海探测、工业互联网、室内通信定位等领域得以推广应用。欧美国家对可见光通信技术给予了高度关注,并于2008年发布了《OMEGA计划》和《智能照明计划》推动可见光通信的产业化。我国也应加快推进可见光通信技术的产业化进程。
一、我国推动可见光通信技术产业化进程的重要意义
(一)可见光通信在军事等特定应用领域可发挥重要作用
可见光通信具有保密性好、不受电磁干扰和保障水下通信等特点,在军事、航天、水下等特定领域可发挥重要作用。相比于无线电传播的发散性,可见光通信使用光来传递信息,可以限制信息的传播范围,提升无线通信的安全性和保密性,应用于国家信息安全相关领域。可见光通信无电磁辐射,不会对精密电子设备造成电磁干扰,也不会干扰其它无线通信,可应用于航空航天领域。同时,蓝绿色可见光在水下通信的能量损耗小,可实现较高的通信信噪比,是水下无线通信的优选方案。
一是可见光通信是军事行动中安全可靠的无线通信手段。在敌方实施电子干扰时,无线电通信设备功能会受到限制,如果使用可见光通信进行军用车船之间的无线保密通信,则可保障作战指令顺利传达。如果为每个单兵配备可见光通信设备,可实现单兵间信息的安全共享。
二是蓝绿光可见光通信可以为军用潜艇和舰船提供安全可靠的水下通信手段。日本东洋电机研发的水下可见光通信装置的通信速率达到50Mbps,美国海军已开始探索装备水下可见光通信系统。可见光通信还可为深海探测提供高效稳定的通信手段。
三是可见光通信也适用于航空航天机舱内的通信和定位。利用航空航天器内的LED灯,实现高速通信和定位。美国航空航天局(NASA)已与美国可见光通信企业LVX公司签订了太空行动协议,共同研发可见光通信在航空航天领域的新应用,以拓展航天器内设备间的通信手段和提供舱内定位服务。
(二)可见光通信可有效弥补现有无线通信手段的短板
随着信息需求的不断增长,3G/4G和Wi-Fi等现有无线通信手段的短板日益明显。一是人员密集场所通信网络拥挤。机场和大型会议等人员密集场所容易发生通信网络拥挤,难以保证通信速度与可靠性,影响上网体验。二是无线通信网络的覆盖无法面面俱到。升降电梯、隧道等封闭场所常常会出现移动通信中断问题,偏远山区的移动通信质量欠佳且网络覆盖成本很高。三是在电磁辐射敏感区域缺乏无线通信手段。无线电信号会对精密电子设备产生电磁干扰,可能造成严重的安全事故。手术室和核电站等场所的无线电通信就会受到限制。四是无线电频谱资源稀缺。无线电频谱的使用需要无线电管理部门进行分配和认证,各国对无线电频谱的争夺日益激烈。
高速性、广泛性和无电磁辐射等特点,使得可见光通信技术能够成为现有无线通信的重要补充。可见光通信速率最高能达到50Gbps,是5G规划速率的50倍。其通过LED灯接入网络,将有效弥补3G/4G和Wi-Fi等无线通信手段的缺陷,提供紧急情况下的应急通信手段,未来将成为无线通信技术的重要组成部分。
(三)可见光通信在工业互联网等潜在领域市场前景广阔
绿色安全的最后十米无线连接和极高的传输速率是推动可见光通信市场发展的两大动力。可见光通信技术特别适合短距离(10米左右)高速通信和定位,可达到Gbps量级的数据传输速率。在移动数据业务激增、频谱资源紧张的大背景下,可见光通信技术可以缓解其它无线通信数据流量上的压力。相关市场研究机构预测,在2020年之前,全球Li-Fi行业市场规模至少会增长到90亿美元。我国在工业互联网、智慧城市和智慧交通等可见光通信应用领域发展迅速,市场前景广阔。
一是工业互联网领域。通过工厂厂房内的LED照明灯实现工业机器设备的远程控制和运行状态监测,并实现机器设备间的信息传输和互联。未来随着工业互联网以及无人工厂的高速发展,可见光通信具有可观的市场空间。二是封闭空间的通信和定位领域。利用隧道、矿井和地下停车场内的LED灯,可实现封闭空间的高速通信和定位,构建安全信息系统,弥补GPS在室内无法有效定位的缺陷。飞利浦公司和法国家乐福超市合作开发LED室内定位照明系统,提供商品信息的推送和顾客的定位服务。三是在智能网联汽车领域。可以使用道路照明灯、道路交通指示灯和汽车上的车灯来实现车辆间的数据传输、车辆邻近道路状况的广播,以及交通标志的自动识别,实现车辆的无人驾驶。随着汽车ADAS和无人驾驶汽车的高速发展,可见光通信在汽车和交通领域的应用市场广阔。
二、我国推进可见光通信产业化的优势和问题
(一)国际领先的技术水平是可见光通信产业化的重要保障
我国可见光通信技术水平处于国际领先地位。2010年,中国科学院半导体研究所在上海世博会展出了基于可见光通信技术的智能家居系统。2013年,复旦大学实现了3.7Gbps的通信速率,引起各界的广泛关注。2015年,解放军信息工程大学一个研究组刷新了可见光通信传输速率的世界纪录,达到50Gbps,并通过了工业和信息化部的测试和认证。
国际领先的技术水平使得我国在全球可见光通信产业的影响力日益增强,在国际标准制定中发挥的作用愈发显著,技术产业化过程可以不受发达国家和地区的技术限制。
(二)蒸蒸日上的LED产业是可见光通信产业化的重要支撑
可见光通信的产业化与LED产业密不可分。一方面,LED是可见光通信的可靠光源,也是该技术得以迅速发展的基础;另一方面,随着LED市场渗透率的增加,智能照明日益成为市场主流,可见光通信拥有的广泛的无线网络接入优势将更加显著。
我国LED产业发展蒸蒸日上。一是我国成为全球重要的LED生产国和消费国。2015年,国内LED行业总产值达到3987亿元,同比增长15.1%,是全球第四大LED生产国和第二大LED消费国。据海关统计,2015年LED出口额达到了102亿美元,同比增长11.0%。二是国内LED企业不断发展壮大。我国具有完整的LED产业链,三安光电、华灿光电等已成长为国内LED芯片的龙头企业,国产LED芯片在国内的市场份额超过80%,实现了国产化替代。阳光照明、利亚德等LED应用企业已经积极开拓海外市场,市场反应良好。三是可见光通信成为国内LED企业发展的重要方向。诺贝尔奖获得者中村修二曾预测,“可见光通信将是LED的下一个杀手级应用。”国内的三安光电、勤上光电等LED企业对可见光通信技术也都有深入研究。LED龙头企业进入可见光通信领域对加速产业化进程提供了强大支撑。
(三)我国可见光通信产业化进程缓慢,市场推广存在挑战
我国可见光通信产业化存在诸多问题。重点集中在三个方面:一是市场定位尚不清晰。可见光通信在产业化推广中被认为会取代现有的无线通信技术,并被取名为与Wi-Fi类似的Li-Fi。然而,目前Wi-Fi和4G均十分成熟,热点和基站建设日益密集,用户体验越来越好,这就使得可见光通信在民用领域的应用意愿并不强烈。二是产业链缺乏合作协同。目前可见光通信产业链各环节存在脱节问题,通信系统开发企业需要高调制速率的LED光源,而LED生产企业在产品规范中并没有调制速率的检测指标。同时,可见光通信系统的研发目前以原型机为主,设备体积庞大,缺少专用的ASIC或SoC芯片来提高系统的集成度。三是技术标准制订滞后。我国目前尚无可见光通信相关的产品标准和技术标准,企业推出的产品在传输协议和接口等方面不统一,互联互通存在困难,针对通信用的LED也没有统一的技术标准。而国际上对可见光通信技术标准制订的步伐却在不断加快。2011年,IEEE标准委员会制订了IEEE802.15.7,并于2015年对该标准进行了完善和修订。
三、几点建议
(一)以军事等应用领域作为产业化切入点
组织实施在军事装备、载人航天、水下通信等特殊应用领域的应用示范,加大在这些领域的推广力度,并在应用中逐步提高技术水平,完善产品形态,培养产业生态,待产业成熟后再引导进入室内网络接入和定位、工业互联网、智能网联汽车等大众市场,使其成为4G和Wi-Fi等无线通信技术的重要补充。
(二)加快产业标准和规范的制订步伐
组织成立可见光通信标准制订委员会,加快制订符合国情且有利于推动可见光通信产业化的标准体系和认证机制,针对不同应用领域和产业链的不同环节,提出需要优先制订的技术标准。积极参与国际标准制订,深入分析国际相关标准,加快国际先进标准向国内标准的转化。
(三)建立技术和产业公共服务平台
建立技术和产业公共服务平台,推动共性技术和解决方案的研发和产业化。在LED通信光源、信号处理专用集成电路、特殊应用场景解决方案等方面,加强企业、科研机构、高校和运营商之间的合作。依托公共服务平台,联合相关研究机构及产业链环节的重点企业,组织行业专家和企业人士,深入分析可见光通信产品的技术演进和应用趋势,编制5-10年的技术发展路线图和产业化发展路线图,以引导企业的技术路线选择。加速科研机构和高校的成果转化,推动科研机构和高校相关创新成果的落地实施,加速技术的产业化进程。
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