浅谈无线光通信的发展前景

柳晶

摘要：随着通信技术的快速发展，人们对于通信的传输速率、安全性有了更高的要求，光通信技术的研究向着更廉价、更方便、更安全的方向发展，于是无线光通信技术步入人们视线。本文主要介绍了无线光通信技术的原理、优点以及不足;从而引发对无线光通信系统未来发展方向的思考。

关键词：无线光通信;LED可见光通信;水下光通信

中图分类号：TN91 文献标识码：A  文章编号：1003-9082（2020）07-0-01

一、无线光通信技术

无线光通信技术 （OWC，Optical Wireless Communication）不需要光纤作为载体，摆脱了通信线路对传统通信技术的束缚。无线光通信的传输同样需要经历发射、传输和接收三个阶段，与传统的光纤通信一样：电信号经过转换成为光信号，光发射端经过光学发送天线发送光信号至大气中，经大气的传播后，被学接收天线所接收，光接收端再将光信号转换成电信号，从而完成了一次无线光信号的传播。2013年，复旦大学计算机科学技术学院成功将网络信号接入到一盏1W的LED灯，灯光照射下的电子设备即可连接互联网，平均上网速率达到了150M/S，被称为最快的“上网灯光”。这是非常典型的利用无线光进行通信的案例，在当时引起了人们的广泛关注，可是七年过去了，“灯光上网”仍然没有走进人们的生活，无线光通信的发展好像是停滞不前，由于无线光本身的特性和技术难度，日常使用仍有很多没有解决的问题，但是无线光通信在一些特殊领域有着很深的发展前景。

二、无线光通信的优点

1. 传输带宽较宽、频谱资源丰富

无线光通信技术是利用光波进行通信传输的技术。由于光波本身的特点，无线光通信技术传输带宽较宽、频谱资源非常丰富，并且无须像无线电通信那样申请频率使用许可，也不需要交纳频率占用费，众所周知频谱是不可再生的、唯一的资源，随着科技的发展，频率资源的紧缺将是人们无法避免的问题，而无线光通信大大节省了这部分的成本。

2.抗干扰性强、安全性高;

光无线通信频谱位于光频段，具有非常好的方向性和非常窄的波束，不可视。无线电不会对其构成干扰，链路位置不容易被探测，受到干扰和窃听的可能性很低，安全性和抗干扰性对比无线电通信都更优秀。

3.适用各种环境

无线光通信系统以光为传输媒介，适用于任何环境，工作在物理层，不依赖某种协议。现在通信网络常用的SDH、异步传输模式、光纤分布式数据接口、以太网、快速以太网等都能通过，对语音、数据、图像等业务可以做到透明传送。

4.架设灵活

无线光通信系统对比光纤通信架设更加灵活，无须埋设光纤，降低了材料成本和人工成本，并且可以在更短的时间内完成地对空、空对空等复杂的通信任务，更加适用于应急通信。

三、未来发展

1.可见光通信（VLC，Visible Light Communication）

LED可见光通信是无线光通信的应用中最贴近于我们生活的。LED可见光通信利用LED灯作为信号的发射器，利用肉眼不可见的闪烁来传递信息，接收端利用对光很敏感的光电探测器来接收由光的快速闪烁传递的信号，并将其转换成为电信号进行传播。目前，LED可见光通信面临的主要瓶颈是如何将信号送到LED上以及如何低成本的普及接收端对光信号的接收能力。而且当LED可见光通信真的普及到家家户户后，如何避免相互之间的干扰也是一个迫切需要解决的问题。

2.自由空间光通信（Free Space Optical Communication）

可分为大气光通信、卫星间光通信和星地光通信。在大气间进行光通信，大气会对光进行吸收和散射，光信号会受到强烈干扰，而且由于大气介质的随机性、不确定性，雨、雪、雾等天气对无线光通信系统的衰减值均不相同，我们目前尚且无法得出完美的解决方法。所以目前我们的研究方向主要还是面对“最后一公里”的使用。目前的研究甚至连大气湍流引起的光线漂移、色散等问题都没有包含在内，而这些因素会对信号的传递产生很大的干扰，因而影响无线光通信系统的误码率、传输距离和通信带宽。而自适应光学技术可能作为以上问题的一个重要解决办法成为今后科学家研究的方向。对于星际通信目前主要使用的是微波，可是由于微波的频率低、易受干扰，而太空环境复杂、噪声大，微波通信通常无法满足我們的需要。而无线光通信相较于微波具有频率高、频带宽等优点，可以使星际间通信可以更加迅速、稳定。科学家对卫星间激光通信技术进行了深入研究。目前在发射功率、接收灵敏度、捕获和瞄准要求、热稳定性和机械稳定性等关键技术已经得到了突破性的进展，相信在不久的将来可以代替微波成为星星间传播的重要途径。

3.水下光无线通信（UOWC，Underwater Optical Wireless Communication）

众所周知水声通信已经非常成熟、应用广泛，在军事领域与科研领域都发挥了重要的作用。那么为什么仍然需要去对水下光通信进行研究？这要从水声通信的特点开始说起：1.由于声波频率低，带宽窄，所以传输数据速率比较低，通常为kbps的量级。2.由于声波在水中传播速度慢，所以传播存在严重的通信延迟，通常长到以秒为单位。3.声音收发器通常体积大，成本高，能耗高。并且会对水下依赖声波生存的生物产生严重的伤害。而水下光无线通信相较于水下声通信，由于光的特点，水下光无线通信传输速率更快，传播延迟更小，成本也更低。可激光在水下的传播也是一个等待解决的难题，利用蓝绿激光可穿透云层和海水，与电磁波相比，方向性强，信息隐蔽性好，信息传输率高的特点，海水透射窗—蓝绿激光作为载波将成为远程水下通信的一个重要研究方向。

4.军事领域通信

随着现代化战争对抗手段的不断进步与发展，传统的无线电通信已经不能满足战场的需求。无线电通信系统会由于敌军使用的强电磁辐射干扰导致完全瘫痪。 光纤通信系统无法在短时间内建立起来，也更容易被破坏，对于机动性强的战场无法投入使用。激光通信能在更短的时间内建立，具有抗干扰性、保密性，在军事领域有着广泛的应用前景。

结语

无线光通信近几年在民用领域进展缓慢，并不是因为这项技术的发展前景不够，传统的无线电通信传输速率受限，频率资源紧张，而无线光通信频谱资源丰富、传输速率更快、抗干扰性强、安全性高、适用各种环境、架设灵活、成本低。当无线电频谱资源面临枯竭的时候，无线光通信技术将会重新焕发生机。在未来，无线光通信在许多领域有望取代无线电通信，成为很多“最后一公里”通信的解决方案。而且，发展无线光通信与发展无线电通信之间并不是矛盾冲突的关系，频谱非再生，无线光通信不会取缔无线电通信，而是与之共同发展。面对5G之后的通信时代，物联网大规模连接，人们对于通信速率的要求越来越高。无线光通信技术终会走入我们的生活，家中的“Wi-fi”会变成“Li-fi”，让我们共同期待。