可見光通信在中國

◎ 中國工程院院士、中國可見光通信產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟理事長 鄔江興

可見光通信在中國

◎ 中國工程院院士、中國可見光通信產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟理事長 鄔江興

可見光通信在中國的歷史最早可以追溯至2500年前。中國西周時期，先民們?yōu)榱说钟庾迦肭?，每隔一段距離就筑起一座烽火臺，從邊境一直連綿至國都鎬京，構(gòu)建了中國最早的“可見光中繼通信網(wǎng)絡(luò)”?？上У氖?，西周末代的國王周幽王先生顯然對這項(xiàng)原始的可見光通信技術(shù)缺乏應(yīng)有的敬意，上演了一出“烽火戲諸侯”的鬧劇，從而直接導(dǎo)致西周王朝的覆滅。如今，我們懷著對現(xiàn)代可見光通信技術(shù)的希翼，暢談對這項(xiàng)新型綠色信息技術(shù)的美好愿景，期盼這束絢爛奪目的綠色信息之光照亮全中國。

可見光通信技術(shù)產(chǎn)業(yè)對于升級傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)、催生新興產(chǎn)業(yè)、變革商業(yè)模式以及繁榮服務(wù)行業(yè)會起到強(qiáng)大的助推作用，將是一個具有萬億產(chǎn)值的抓手級戰(zhàn)略型新興產(chǎn)業(yè)。

作為“寬帶中國”三網(wǎng)融合方案的提出者和推動者之一，我認(rèn)為可見光通信將會成為未來室內(nèi)信息網(wǎng)絡(luò)的融合劑，不僅可為三網(wǎng)融合乃至N網(wǎng)融合提供寶貴的頻譜資源，更可以將這項(xiàng)技術(shù)的便捷、寬帶、綠色、節(jié)能、安全等優(yōu)勢發(fā)揮到極致。在過去不到兩年的時間里，可見光通信技術(shù)已呈現(xiàn)出令人欣喜的爆發(fā)式發(fā)展態(tài)勢，中國政府、科研院所以及企業(yè)公司為這項(xiàng)技術(shù)的宏觀導(dǎo)引、機(jī)理研究、技術(shù)突破以及產(chǎn)業(yè)孕育作了大量卓有成效的工作。

中國政府對可見光通信技術(shù)高度重視?？萍疾坑?012年完成可見光通信技術(shù)研究計(jì)劃的部署與論證工作，并于2013年上半年正式啟動了中國第一個可見光通信相關(guān)國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（國家863計(jì)劃）和國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃（國家973計(jì)劃）項(xiàng)目的研究工作。工業(yè)與信息化部于2013年啟動了國家科技重大專項(xiàng)可見光通信技術(shù)相關(guān)指南征集工作，并于2014年上半年完成了中國第一個可見光通信相關(guān)國家科技重大專項(xiàng)（“新一代寬帶無線移動通信網(wǎng)”）課題的論證評審工作。

中國首個國家863計(jì)劃項(xiàng)目“可見光通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究”由信息工程大學(xué)牽頭，東南大學(xué)、北京大學(xué)、清華大學(xué)、北京郵電大學(xué)、上海交通大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、中科院半導(dǎo)體所、工信部電信傳輸所、上海寬帶技術(shù)及應(yīng)用工程研究中心等單位共同承擔(dān)。該項(xiàng)目的研究目標(biāo)是，把握照明產(chǎn)業(yè)向綠色照明轉(zhuǎn)型的機(jī)遇期，全面突破室內(nèi)可見光通信的信道建模、高速傳輸、多址接入、網(wǎng)絡(luò)融合等關(guān)鍵技術(shù)，針對典型應(yīng)用場景構(gòu)建可見光通信與多用戶480Mbps高速接入試驗(yàn)系統(tǒng)，為引領(lǐng)和推進(jìn)可見光通信技術(shù)發(fā)展與產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用奠定堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。經(jīng)過兩年多的科技攻關(guān)，課題組已在調(diào)制帶寬拓展、實(shí)時傳輸速率、融合網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)等方面已取得了一批重要的研究成果，核心技術(shù)與關(guān)鍵指標(biāo)達(dá)到國際先進(jìn)水平。

中國首個國家973計(jì)劃項(xiàng)目“寬光譜信號無線傳輸理論與方法研究”由清華大學(xué)、北京理工大學(xué)、東南大學(xué)、北京大學(xué)、北京郵電大學(xué)和中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所6家單位共同承擔(dān)。該項(xiàng)目的研究目標(biāo)是，研究利用寬光譜載波進(jìn)行無線通信的理論與方法，構(gòu)建寬光譜信號無線傳輸體系，以滿足未來寬帶移動通信和人口密集區(qū)大容量通信需求。經(jīng)過兩年的基礎(chǔ)理論研究，同樣取得了可喜進(jìn)展。

中國首個國家重大專項(xiàng)課題“基于可見光通信的新一代無線局域網(wǎng)總體技術(shù)研究”由信息工程大學(xué)牽頭，聯(lián)合東南大學(xué)、工業(yè)和信息化部電信研究院、TCL集團(tuán)、北京大學(xué)、北京郵電大學(xué)、工業(yè)和信息化部電子工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化研究院以及鄭州大學(xué)等單位共同承擔(dān)。該項(xiàng)目的研究目標(biāo)是，圍繞室內(nèi)高速可見光通信無線局域網(wǎng)和可見光成像通信等兩類應(yīng)用需求，全面突破可見光通信信道測量建模、高速傳輸、成像編碼、室內(nèi)定位、多址接入、網(wǎng)絡(luò)融合等關(guān)鍵技術(shù)在標(biāo)準(zhǔn)化和工程化過程中的實(shí)際問題；構(gòu)建室內(nèi)高速可見光通信無線局域網(wǎng)和可見光成像通信兩類仿真驗(yàn)證測試系統(tǒng)，并對相應(yīng)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行測試與篩選驗(yàn)證；結(jié)合可見光通信的應(yīng)用需求分析，構(gòu)建可見光通信業(yè)務(wù)示范系統(tǒng)；積極開展可見光通信802.11和802.15領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)化工作，為中國引領(lǐng)和推進(jìn)可見光通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化與產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用奠定堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。

中國地方政府對于可見光通信產(chǎn)業(yè)助力良多。廣東省政府依托本地在LED照明領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢，聯(lián)合中國可見光通信產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟，擬通過設(shè)置可見光通信省級科技重大專項(xiàng)，計(jì)劃每年投入1.5億左右科研經(jīng)費(fèi)，積極推進(jìn)可見光通信技術(shù)研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。同時，聯(lián)合中國產(chǎn)學(xué)研投融資聯(lián)盟，籌措發(fā)行可見光通信產(chǎn)業(yè)發(fā)展基金，培育可見光通信產(chǎn)業(yè)生態(tài)環(huán)境。在上海市政府的大力支持下，信息工程大學(xué)正在與上海市浦東新區(qū)按照“校區(qū)合作”的模式，正在積極探索可見光通信技術(shù)在上海市落地的可行性。在河南，鄭州市委和市政府高度重視下，2014年開始設(shè)置可見光通信重大科技專項(xiàng)，信息工程大學(xué)聯(lián)合國內(nèi)優(yōu)勢科研院所共同承擔(dān)了本年度的科技專項(xiàng)。在天津市政府的積極推動下，按照天津市發(fā)展集成電路產(chǎn)業(yè)專項(xiàng)規(guī)劃，致力于可見光通信高速及甚高速芯片的研發(fā)與應(yīng)用工作。

科研機(jī)構(gòu)在可見光通信基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)突破方面發(fā)揮了核心作用。東南大學(xué)“移動通信國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”在尤肖虎教授和陳明教授的帶領(lǐng)下，致力于可見光通信與移動通信深度融合的研究工作。該實(shí)驗(yàn)室于2011年完成了一套高速可見光通信驗(yàn)證系統(tǒng)，其無線傳輸速率達(dá)到100 Mbps，傳輸距離5米，可在日光或其它光源同時照射下穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)高清視頻信號的實(shí)時傳輸。

北京大學(xué)“區(qū)域光纖通信網(wǎng)與新型光通信系統(tǒng)”國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在實(shí)驗(yàn)室主任李紅濱教授和劉璐副教授的帶領(lǐng)下，在光學(xué)濾波器、光學(xué)廣角接收等方面開展了有效的基礎(chǔ)性研究。該實(shí)驗(yàn)室將可見光通信系統(tǒng)的電-光-電帶寬拓展至60MHz（-3dB），部分系統(tǒng)的帶寬拓展達(dá)到80MHz（-3dB）；針對可見光通信的上下行機(jī)制問題，重點(diǎn)研究了1550nm激光上行鏈路傳輸方案，論證分析了上行鏈路激光傳輸方案的可行性；研發(fā)了一套雙向VLC實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其前向鏈路為熒光型白光LED燈，反向鏈路為三色LED燈，采用OFDM調(diào)制實(shí)現(xiàn)了單路200Mbps的傳輸速率，傳輸距離達(dá)到2米，可實(shí)時傳輸視頻和圖像數(shù)據(jù)，應(yīng)用層測試無誤碼傳輸信息率70Mbps。研發(fā)的另外一套短距離VLC實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其傳輸速率達(dá)到320Mbps，傳輸距離為為30厘米，誤碼率小于2 ×10-3。

復(fù)旦大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院遲楠教授帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)聯(lián)合上海寬帶技術(shù)及應(yīng)用工程研究中心，提出了SC-FDE/OFDM調(diào)制方法，研制了1套基于白光LED燈的離線高速VLC實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，離線速率達(dá)到4.2Gbps；同時，該團(tuán)隊(duì)研發(fā)的一套實(shí)時VLC通信系統(tǒng)，其傳輸速率達(dá)到300Mbps，并且實(shí)現(xiàn)了燈光上網(wǎng)功能。

中科院半導(dǎo)體研究所陳宏達(dá)副所長和陳雄斌副研究員的團(tuán)隊(duì)，面向無線上網(wǎng)和智能家居控制的應(yīng)用需求，開發(fā)了一套高集成度的可見光通信實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，并于2010 年在上海世博會展示了利用LED 照明燈的光學(xué)無線上網(wǎng)系統(tǒng)和光學(xué)無線智能家居控制系統(tǒng)。

中國科技大學(xué)“無線光通信與網(wǎng)絡(luò)研究中心”在可見光通信相關(guān)首個國家973計(jì)劃項(xiàng)目首席科學(xué)家徐正元的帶領(lǐng)下，圍繞寬光譜（紅外光、可見光、紫外光）無線光通信傳輸與組網(wǎng)技術(shù)方面開展了卓有成效的工作。

北京郵電大學(xué)“泛網(wǎng)無線通信教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”的張平教授和田輝教授所在團(tuán)隊(duì)，在可見光通信異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合方面進(jìn)行了開拓性研究。

清華大學(xué)電子工程系宋健教授團(tuán)隊(duì)于2014年研發(fā)出基于OFDM的VLC-PLC視頻融合系統(tǒng)，其實(shí)時傳輸速率達(dá)到192Mbps，傳輸距離1米；同時，該團(tuán)隊(duì)還研發(fā)出LED室內(nèi)定位系統(tǒng)，其下行鏈路采用VLC，上行鏈路采用Wi-Fi，利用手機(jī)攝像頭和姿態(tài)傳感器將定位精度提高至2厘米。

信息工程大學(xué)于2011年正式組建“可見光通信實(shí)驗(yàn)室”，由于宏毅教授帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)牽頭承擔(dān)了中國首個863計(jì)劃項(xiàng)目以及首個國家重大專項(xiàng)的研究任務(wù)。實(shí)驗(yàn)室將商用LED的調(diào)制帶寬由35MHz拓展至230MHz（-10dB帶寬），為高速調(diào)制技術(shù)和高階調(diào)制技術(shù)奠定了基礎(chǔ)；提出單載波多相延時疊加調(diào)制（MP-OOK）方法，并基于該方法實(shí)現(xiàn)了一套基于服務(wù)器架構(gòu)的離線高速VLC實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，離線傳輸速率達(dá)到3.25Gbps；先后研發(fā)出“可見光點(diǎn)播電視業(yè)務(wù)”、“可見光新型無線廣播”、“可見光網(wǎng)絡(luò)臺燈”、“可見光家庭基站”、“可見光近場通信”、“礦下可見光通信與定位”等6套應(yīng)用示范系統(tǒng)。

此外，暨南大學(xué)陳長纓教授團(tuán)隊(duì)等均是國內(nèi)較早開展可見光通信技術(shù)并開展了卓有成效的工作。

企業(yè)是可見光通信產(chǎn)業(yè)化的主體。2013年8月，上海數(shù)字產(chǎn)業(yè)（集團(tuán)）公司與信息工程大學(xué)簽署了關(guān)于中低速率可見光通信基帶芯片的研發(fā)協(xié)議，并致力于中國煤礦井下等典型應(yīng)用推廣工作。2013年10月，中國深圳光啟創(chuàng)新技術(shù)有限公司推出商用化光子會議系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了文字和多媒體信息通過LED燈光進(jìn)行傳輸?shù)墓δ?，并亮相第十五屆深圳高交會，國?wù)院副總理汪洋在高交會上收獲首張光子支付的支付存單。

2013年11月，在平頂山市政府的支持下，北京華育保險(xiǎn)公司、上海數(shù)字產(chǎn)業(yè)（集團(tuán)）公司、平煤神馬集團(tuán)與信息工程大學(xué)深度合作，在平頂山煤礦啟動基于可見光通信的中國煤礦安全生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)試點(diǎn)應(yīng)用項(xiàng)目。

2014年4月，由中國產(chǎn)學(xué)研合作促進(jìn)會和信息工程大學(xué)共同主辦的“中國可見光通信技術(shù)產(chǎn)業(yè)化啟動儀式暨河南中平川儀公司LED項(xiàng)目投產(chǎn)儀式”在平頂山舉行，標(biāo)志著可見光通信技術(shù)由“實(shí)驗(yàn)室”走向了“產(chǎn)業(yè)化”發(fā)展的新階段。

2014年6月，中國華策光通信科技有限公司完成基于LED白光的室內(nèi)定位系統(tǒng)（U-beacon），并開始將其商業(yè)化運(yùn)營的APP（“易逛”）在江蘇常州市進(jìn)行試運(yùn)營并進(jìn)入內(nèi)測階段，成為業(yè)內(nèi)首個實(shí)現(xiàn)商業(yè)化運(yùn)營并實(shí)現(xiàn)室內(nèi)3D實(shí)景地圖的可見光定位技術(shù)。

近期，北京市中青創(chuàng)業(yè)投資管理有限公司、上海數(shù)字產(chǎn)業(yè)（集團(tuán)）有限公司、珠海高凌信息科技有限公司、上海正望資產(chǎn)管理有限公司正在聯(lián)合開展可見光通信產(chǎn)業(yè)基金募集工作，基金規(guī)模達(dá)50億元，其中研發(fā)基金用于煤礦安全生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)、LiFi室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)、景點(diǎn)講解網(wǎng)絡(luò)、移動支付網(wǎng)絡(luò)、室內(nèi)可見光精確定位、媒體廣告網(wǎng)絡(luò)6項(xiàng)產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目研發(fā)。

聯(lián)盟是推動可見光通信產(chǎn)業(yè)化的公共服務(wù)平臺?？梢姽馔ㄐ艖?yīng)用推廣涉及的產(chǎn)業(yè)鏈長，需要調(diào)動國家機(jī)構(gòu)、企業(yè)公司、高等院校、研究院所、運(yùn)營商及金融機(jī)構(gòu)等多方力量共同參與。因此，需要一個產(chǎn)業(yè)化的公共服務(wù)平臺，以助推可見光通信產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

2013年12月，我與中國產(chǎn)學(xué)研投融資聯(lián)盟執(zhí)行會長惠小兵共同倡議，由信息工程大學(xué)牽頭發(fā)起，聯(lián)合北京大學(xué)、北京郵電大學(xué)、中科院半導(dǎo)體研究所、復(fù)旦大學(xué)、中國科技大學(xué)、東南大學(xué)、工業(yè)與信息化部電信科學(xué)研究院、北京市中青創(chuàng)業(yè)投資管理有限公司、上海數(shù)字產(chǎn)業(yè)集團(tuán)、廣東省半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)聯(lián)合創(chuàng)新中心、珠海高凌信息科技有限公司、中平川儀電氣有限公司、華策光通信科技有限公司等高校、科研院所和企業(yè)在重慶共同籌建“中國可見光通信產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟”，并與“中國產(chǎn)學(xué)研投融資聯(lián)盟”簽訂戰(zhàn)略合作協(xié)議。經(jīng)過半年多的籌備，2014年8月28日，“中國可見光通信產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟”在廣州正式成立，其宗旨就是整合資源，聚集力量，健全機(jī)制，協(xié)同創(chuàng)新，加速推進(jìn)中國可見光通信的技術(shù)研發(fā)、標(biāo)準(zhǔn)定制和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。通過搭建這一平臺，引導(dǎo)和聚集致力于該產(chǎn)業(yè)的相關(guān)科研單位、產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用企業(yè)和金融機(jī)構(gòu)等社會力量，共推產(chǎn)業(yè)發(fā)展；協(xié)調(diào)推進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化、探索專利池建設(shè)、構(gòu)建信息交流平臺、推動兩岸三地產(chǎn)業(yè)協(xié)作、開展國際合作以及提供行業(yè)服務(wù)為主要職能，助推可見光通信產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。聯(lián)盟的誕生，標(biāo)志著中國可見光通信產(chǎn)業(yè)將按照“政產(chǎn)學(xué)研用金”六位一體的發(fā)展模式，共同探索可見光通信技術(shù)的現(xiàn)實(shí)與未來、創(chuàng)新與應(yīng)用、創(chuàng)業(yè)與投資，共同謀求可見光通信產(chǎn)業(yè)的核心競爭力以及發(fā)展路徑。

可以預(yù)見，可見光通信將會對現(xiàn)有照明和通信的格局產(chǎn)生巨大的沖擊，而這一沖擊的強(qiáng)度將是史無前例的。我們只需要“把一顆微芯片放到每個可能成為傳輸體的燈具里”，將會擁有更干凈、更環(huán)保、更明亮、更美好的未來！