可见光通信悄然兴起 产业链亟待完善

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　　随着LED照明产业的高速发展，可见光通信（VLC）作为一种利用LED灯来发送数据的无线通信手段，引起无线通信研究及工程人员的关注，在全球范围内得到发展。得益于泛在的基础设施、高功率与大带宽的通信、绿色无辐射以及不易被窃听等特点，VLC技术被认为将有效拓展现有无线通信频谱和通信方式，可以应用在高速数据传输、电磁屏蔽场景下的无线通信覆盖、室内定位导航、摄像头中低速通信等场景。

　　目前，VLC已经在全球范围内得到了一定的发展，但是仍然面临产业环境不够成熟、相关产品竞争力不足、发展目标不明确等挑战。不过，随着工业互联网、人工智能等技术的兴起，VLC产业的市场空间将开启，如果相关应用能够在一些场景下实现普及，那么VLC产业有望腾飞。

　　VLC技术关注度提升

　　可见光通信的技术研究起源于日本，发展于欧美，壮大于国内。早在2003年，日本多个从事VLC研究的科研机构和企业成立了可见光通信联盟，以研究VLC应用技术，推进VLC产业化和标准化为目标。NEC、NTT、卡西欧、KDDI、索尼、东京电力和东芝等企业及东京大学、庆应大学等科研机构都是该联盟的成员。

　　早期的VLC技术以室内低速传输、定位、水下通信等场景的应用为主，通信速率较低，通信距离较近，理论研究尚不深入。2008年~2010年，随着欧盟FP7的OMEGA项目将VLC当作智慧家庭中高速无线数据接入手段，包括法国电信、牛津大学、法国汤姆逊公司、西门子公司、HHI等在内的大量实力雄厚的单位参与到VLC无线接入系统研发中，推动了VLC技术的第一次快速发展。

　　在这一轮技术进步中，VLC理论逐渐被深入研究，包括自适应光路、预均衡、MIMO、OFDM、高阶编码调制等技术被应用于VLC中，使VLC的最高通信速率拓展至500Mbps左右，最远通信距离拓展至100米左右。2012年~2015年，国内以清华大学、复旦大学、解放军信息工程大学、中科院半导体所等研究机构为主的科研机构开始逐渐重视VLC研究，国家科技部先后设立了VLC领域的“973”“863”等专项课题鼓励相关理论与应用研究。

　　VLC技术在国内科研团队的主导下再一次取得了跨越式发展。专用OFDM调制方式、波分复用、通信照明一体化、超高速VLC通信系统等领域取得重大突破，商用照明LED可调制带宽可达350MHz以上，单LED灯芯通信速率最高被拓展至3Gbps~5Gbps，配合MIMO可以实现更高的理论通信速率。

　　近两年，VLC技术开始走向应用，潜在的应用场景包括高速数据传输、电磁屏蔽场景下的无线通信覆盖、室内定位导航、摄像头中低速通信等。VLC研究重心由理论基础向工程实践转移，如VLC网络结构与网络拓扑、上下行通信结合方式、通信覆盖与移动切换和摄像头通信编解码算法等。

　　产业链亟待完善

　　目前，全球VLC产业规模仍然较小，相关企业主要集中在欧美日和我国，主要瞄准特种应用场景。

　　在美国，包括GELightings、ByteLight、Philips等在内的多家公司在超市中部署VLC定位导航系统，辅助商家透过追踪用户位置定位顾客的消费过程。在欧洲，Pure-LiFi公司尝试开发并售卖短距离VLC无线上网模块；Marvel公司寻求在G.hn芯片的基础上开展VLC通信芯片的开发。在日本，东芝、NEC均发布了基于VLC的工厂生产线自动化通信系统。

　　在国内，深圳光启聚焦光子安全和光子支付领域，采用VLC进行安全传输；华为、国家电网等公司开展VLC样机开发。从器件角度看，现有VLC应用或产品对LED或光电探测器件的性能要求不高，国内基本可以实现自主研发与生产；通信芯片大多复用已有方案或在现有基础上进行二次开发，尚没有成熟的VLC专用芯片。

　　总体而言，VLC的产业仍处于萌芽状态，除初创公司外，相关领域的绝大多数公司仍处于观望与试探阶段。但GrandViewResearch的数据较为乐观，其预测：VLC在美国的市场份额在未来几年将保持每年30%以上的高速增长，2024年可达约1013亿美元。主要应用领域包括家庭内数据传输、交通辅助、消费电子、医疗、安全通信等领域。

　　在标准方面，VLC标准起步较早、覆盖较广，但参与企业较少。2011年IEEE发布了第一版VLC标准802.15.7，主要参与企业包括英特尔、三星等多家企业和研究机构。但由于标准中定义的通信速率较低，通信方式选择了较难实现的色域调制，故该标准并未得到相关企业的积极响应。

　　2015年IEEE和ITU-T先后启动了新的VLC标准项目。IEEE在2017年发布了802.15.7r1，专注于中低速的VLC通信（包括摄像头通信）。由于缺少相关企业的积极参与，高速VLC未能在802.15.7r1中形成标准化。在ITU-T的VLC标准项目中，参与企业主要是对VLC感兴趣的G.hn芯片厂家，寻求在已有基础上实现VLC技术。在国内方面，关于VLC高速、中低速、摄像头通信的多个国标、行标项目已先后在国标委和CCSA立项，但参与单位均以科研单位为主，感兴趣且深度参与的企业较少。

　　推进VLC发展的“三大步”

　　可以看到，目前VLC的发展尚处于起步阶段，无论是技术、标准、产业链以及生态建设都需要进一步完善。在推进VLC产业发展上，业界可以从三个方面入手。

　　第一，中低速应用和摄像头通信有望成为产业突破点，高速应用的吸引力仍待挖潜。对于VLC技术而言，中低速应用的通信算法开发难度较低，部分可复用现有模块和芯片；摄像头通信甚至无需专用的接收端，仅采用手机端App即可实现数据传输和定位导航等应用，在产品开发周期和推广难易度上具有明显优势。国内产业应注重器件自主研发生产能力的提升，例如专用LED的定制，低成本接收端的生产，标准化、集成化的通信模块开发等。高速应用具有高速率、可空分复用/接入、保密性强等优势，在电磁屏蔽、超多接入用户数、保密要求高等通信场景下仍具有很强的潜力，可成为WiFi、4G/5G等通信技术的有效补充。

　　第二，产品开发应围绕特需应用场景，成本应成为最主要的竞争力。VLC对于现有其他无线通信方式在大部分应用场景中暂时无法构成“致命”威胁。因此VLC产业应优先专注于特定需求的应用场景，例如室内定位导航、水下传感通信、煤矿/隧道通信等场景。同时，VLC产品应将成本作为产品优化的主要目标，充分利用LED产业高速发展带来低成本红利，开发低成本、高性价比的无线通信产品方案，提升VLC技术的直接竞争力，在形成一定规模后进一步寻求拓展VLC其他特有优势，提高产品附加价值。

　　第三，把握工业互联网和人工智能的机遇，寻求产业的跨越式发展。在物联网概念不断普及和推广、工业互联网如火如荼发展的背景下，VLC技术可作为一种低成本、高可靠性的通信方案，在各类场景下发挥作用。人工智能时代对数据的需求日益增加，大量由传感器、控制器、中继节点产生的数据需要回传至云端数据中心，利用VLC技术可以在车间、生产线、医院等场景下实现无需布线的自组织网络，亦可为桥梁、水电站、油井、环境监控等场景下的传感器提供复杂环境下的可靠数据传输。VLC产业应牢牢把握这次机遇，寻求产品类型和数量的高速发展。

　　总体而言，VLC技术从起源至今经历了多年的研究和发展，虽然关于VLC的标准项目由来已久，但相关产业仍较为薄弱，产品方案竞争力不足，发展目标不甚明确。随着工业互联网和人工智能的兴起，VLC迎来了产业腾飞的重大机遇。业内各企业和研究机构应端正位置，看清形势，从低速通信和成像通信入手，找准特定需求的应用场景，开发性价比高、竞争力强的拳头产品，扩大产业影响力。随后逐步挖掘高速通信应用的潜力，强化关键技术创新，补齐产品线，实现产业高速发展和升级。（中国信息通信研究院技术与标准研究所  余冰雁）

　　转自：人民邮电报