作为6G关键候选技术，可见光通信还有哪些不足？

2022-04-07 09:00

3月22日，全球6G技术大会顺利召开，向世界传递了6G网络将在生活、生产、社会中催生全新的应用场景、带来数十倍的网络体验提升的美好愿景，让6G再次成为人们纷纷讨论的重点。

而作为拥有巨大频谱潜力的可见光通信，被多方认为未来将成为6G关键候选技术之一，有望助力6G 网络在用户体验速率、峰值速率、流量密度、网络能效、定位精度等方面实现有效提升。

可见光通信（VLC）概念在1999年首次提出，是一种照明通信一体化的无线通信方式，利用发光二极管等可见光光源发出肉眼难以分辨的高速明暗变化的光信号来传输信息，再通过光电探测器等光电转换器将接收到的光信号转换为电信号来获取信息，是现有无线射频通信的有效补充手段。

可见光通信的优势

与传统射频通信相比，可见光通信的优势主要在于：

频谱丰富：传统无线通信可使用的频谱资源只有约300MHz，而可见光候选频谱带宽将近400THz，可以用于实现大气内外、水面水下等场景中的同环境设备之间以及不同环境设备间的通信，有效解决频谱资源日益紧张的问题。

部署简单：可见光通信的发射与接收器件可以基于产业已经非常成熟的照明、显示、成像等领域的器件进行升级改造，实现低成本超密集部署。

高效节能：可见光通信兼具照明与通信功能，具有低功耗高能效的特点。同时，高效的传输效率也是可见光通信面向6G的一大优势，这使得提升可见光通信系统的速率成为了相关研究的一大重点，对于未来6G可见光通信的商业应用至关重要。

电磁免疫：可见光和射频信号之间不会相互干扰，非常适用于飞机、医院、工业控制等电磁敏感领域。

然而，可见光通信也存在着一些短板。由于可见光存在易受阻挡、传播损耗大等特点，并且现阶段商用的可见光器件的带宽较低，目前可见光通信主要还是应用于短距离点对点中低速率通信场景。

可见光通信系统的组成

典型的可见光通信系统分为发射和接收两部分，其关键器件在于发射部分中的电光转换器件和接收部分中的光电转换器件。

其中，发射器件主要分为发光二极管（LED）、激光二极管（LD）和超辐射二极管（SLD），接收器件主要分为光电二极管（PIN）、雪崩二极管（APD）、图像传感器，以及一些特殊应用场景下的特种接收器。LED和LD是目前最常见的两种发光器件，而 SLD 是一种介于LED和LD之间的发光器件。SLD不仅结合了LD的光束方向性与LED大发散度的优点，还具有大带宽、高亮度和无斑点的优点。随着制造工艺逐步成熟，SLD将成为一种极有前途的可见光通信发光器件。

在接收器件中，PIN 和 APD 是当前主流的接收器。由于PIN拥有高至1Gbit／s的接收速率，且其成本与 APD 相比较低，因此在高速可见光通信中得到广泛应用。而APD主要用于需要更高接收灵敏度的场景中。

可见光通信在6G中的应用前景

水下通信将会成为可见光通信在6G中的一项重要应用。

在6G应用愿景中的空天地一体化网络中，水下通信是不可或缺的一部分。海洋中的各类设备之间的超高速非接触式数据通信，以及水面至水下设备之间的数据链路均需要水下通信技术的支持。除了无线光通信之外，水下无线通信目前主要的手段包括声波和射频电波。

声波是目前实现水下无线通信最常见的方法，声波在海水中衰减较小，可以实现极长距离的水下无线数据传输，但声波带宽窄、载频低且方向性差，存在着速率低、延迟大、安全性差的劣势。射频电波在水中的传输虽能实现比声波高的传输速率，但在海水中射频电波的衰减十分巨大，传输距离非常有限，所需的发射功率也很高。由此可见，这两种方式都无法满足6G中水下通信的需求。

与上述两种方法相比，水下可见光通信有着成本低、速率高、抗干扰强、安全性高等优点，同时由于波长在450～550 nm的蓝绿色可见光在水中的衰减远小于其他波段的衰减，这似乎也成为了可见光通信得天独厚的优势所在。

但随着水下可见光通信的距离和速率不断增加，研究发现在实际自然环境中，恶劣的水体环境会对通信造成极大的影响，散射、湍流和吸收这3大主要影响因素使得水下可见光通信实际应用还存在着技术瓶颈，对水下可见光通信信道模型的建立仍然是一个十分关键的问题。

可见光通信技术还未完全成熟，目前，6G 中可见光通信实现集成化商用还存在着LED器件带宽限制、硅基光探测器在可见光波段灵敏度远低于红外波段、可见光通信的主要结构仍为单点对单点等技术阻碍，因此中国移动也在其发布的6G可见光通信白皮书中倡议学术界和产业界尽早启动面向6G的可见光通信总体研究，规划可见光通信的产业推动方向与标准化研究方向，为未来面向 6G 的可见光通信的标准化与产业应用奠定基础。

虽然可见光通信技术还存在不足，但我们也要看到，在过去的十几年间，可见光通信一直飞速发展，向着可成熟商用的目标不断进取。未来，通过与其他通信手段结合发展，可见光通信除了室内的短距离应用外，还将在低速、高速到超高速的各种距离通信下大放光彩，成为6G蓝图中重要的组成部分。