藏在灯光中的摩尔斯密码可见光通信

　　可见光，作为生命最初的色采，在其见证下，人类慢慢从愚昧走向开化，从蛮横走向文明。然而，随着科学技术的进步，人们惊奇地发现，可见光不但可以照亮世界，而且还可以在一种颠覆传统观念的新技术支持下，实现通联整个世界的梦想。这类利用可见光来传输信息和数据的新技术就是可见光通信，又称“Li——Fi”。

　　畅想未来，可见光通信络或许是这样的：在路灯下，借助LED光源就能浏览、下载电影；在飞机、高铁、医院等场所，只需借助座椅上的浏览灯，你就可以上，乃至能看高清视频；在无线电波传播受限的特殊环境中，比如水下、水面舰艇或潜艇内部，我们也能借助定制的可见光通信装备实现通讯畅通。可以预感，可见光通信有着广泛的运用前景，它的神秘面纱正在被逐步揭开。

　　无线尖兵“青出于蓝”

　　从传播特性看，可见光通信仍属于无线通信的一种，只不过信息的传输载体不是传统的无线电波（频率范围 赫兹—— 000吉赫兹），而是频率高达 84——769太赫兹的可见光波。它是一种利用可见光波谱作为载体来传输数据的全新无线传输技术，通过给LED灯泡装上微芯片，可控制其每秒数百万次闪烁，其中灯亮代表“1”，灯灭代表“0”，二进制的数据被快速编码成灯光信号并进行有效传输。

　　而灯光下的、平板电脑等各类终端设备，通过集成特制的光敏传感器，就能读懂蕴藏在灯光中的“摩尔斯密码”，从而达成高速信息传输的目的。由此看来，与无线电波通信这位“老大哥”相比，可见光通信在基本原理上虽无特别不同，却有着“青出于蓝”的特殊优势。

　　传输带宽更大。当前，传统的无线电波通信正面临“频谱短缺”的窘境，10——60吉赫兹的可用频谱，抢占优先使用权的趋势更加明显。而可见光通信频谱宽度比现有无线电波可用带宽高4个数量级，完全不用担心频谱不够用的问题。

　　组运用更活。传统的无线电波通讯组比较复杂，既需要安装大量辐射射频信号的信息基础设施和终端设备，又极易产生电磁兼容和相互干扰问题。而可见光通信无需建立基站，也无需频段许可授权，只需在LED灯泡中加装芯片，便可使其具有“通信基站”“无线路由器”“GPS卫星导航”等功能，从而实现有灯光的地方就有络信号，真正实现“末端直通”“泛在互联”。这对于机舱内部、水面舰艇、潜艇、地下坑道等电波传播受限的环境，可极大弥补电磁覆盖的不足，并有效避免电磁兼容和相互干扰问题。

　　保密性能更好。由于可见光通信必须在LED光源开启时才能传输，灯光关闭时通讯功能便会失效，因此只需加装遮光设备使光线透不出去，就能构成封闭式通信络，其安全等级较其他无线传输技术更高。此外，由于可见光只能沿直线传播，且其上行和下行信道是独立运行的，黑客必须处在同一个房间当中，并同时侵入两个信道才能完成一次真正意义上的攻击，要想在光线传播线路之外进行信号盗取和干扰非常困难。

　　国际竞争日益激烈

　　日本最先启动了可见光通信的相关研究。早在2000年，中川研究室就提出利用LED照明灯作为通讯基站进行信息无线传输的室内通讯系统实验。2014年，日本TAKAYA公司研发的汽车间可见光通信系统，速率到达每秒10兆比特；同年5月，日本东洋电机研发的水下可见光高速通信装置，峰值突破每秒50兆比特。

　　欧洲各国也不甘落后，其在可见光通信方面的工作，主要由欧洲的20多家大学、科研单位和企业组成的OMEGA计划来推动。2015年11月，爱沙尼亚Velmenni公司演示了一种原型灯泡，在实验室条件下其峰值数据传输速率到达每秒224吉比特。

　　美国作为世界头号科技强国，正力图谋求全球可见光通信技术及市场的主导权。以谷歌为代表的科技巨擘，和波士顿大学ERC中心、加州大学UC——Light中心、宾州州立大学COWA中心等科研机构，正抓紧展开可见光通信标准协议及相干系统的研发工作，并启动了抢占相干市场的机制及策略研究。

　　可见光通信的愿景虽然美好，但仍需突破一系列技术瓶颈，才有望大规模推行应用。比如，如何将可见光带宽潜力转化为宽带能力，目前囿于白光LED有限的调制带宽，亟待进一步的技术突破。又比如，无论LED灯的信号控制还是信号接收后的实时处理，都需要专用的集成芯片，目前这方面研究还很薄弱。再比如，可见光信号的波长很短，在传播介质中极易迅速衰减，直接致使其通信距离受限，要实现远距离高速传输难度不小。

　　对此，世界各国纷纷开展可见光通信的关键技术攻关，力争在这块蛋糕的切分上抢占先机。

　　未来战场大有可为

　　未来战场上，要满足与日俱增的军事领域无线通信需求可不容易：传输容量大、组灵活、电磁兼容性好、保密要求高……使得传统的无线电波通讯面临严峻挑战。而可见光通信所具有的特殊优势，使其不仅可与无线电波通信综合运用、相得益彰，更有望在通讯之外领域大展身手。

　　“上天”“入地”“下海”的通信能手。在飞机、地下坑道、水面舰艇、潜艇等特殊场所内部通信中，为避免射频信号干扰，常常对无线电装备使用提出严格限制。1982年英阿马岛战争中，英“谢菲尔德”号就是由于舰载无线通信系统与舰载预警雷达之间难以兼容共用，从而使舰载雷达不能及时开机并发现来袭的“飞鱼”导弹，直接致使了舰毁人亡的灾难性后果。而有了可见光通信之后，只需在上述特殊场所加装中央控制器和一系列LED光源，就能在达成通信的同时有效规避电磁干扰，从而为作战平台内部实现快速通信、对潜通信、水下特种作战通信等提供高效安全的通讯手段。

　　高精度导航定位的“专家”。可见光通信中央控制器是通过将导航信息传送给LED信息节点，再以可见光为载体传到光照范围以内的武器平台终端，该终端使用内嵌的光敏探测器就可以获取最及时的动态战场环境、最优线路和坐标位置等导航定位信息。有关研究表明，综合采取战场LED信息节点络科学布局、算法设计和信号处理优化等措施，就能使可见光导航定位精度达到厘米级。

　　目标识别与战场防误伤的利器。通过为己方各类武器平台加装LED灯光辨认装备，平台与平台、平台与LED信息节点之间就能依托特定的信号编码开展实时通信与身份识别，武器平台通过对接收的LED灯光信号闪烁规律进行识读，就能有效判定此信号的敌我属性，从而及时作出有效应对措施，最大程度确保自身安全。