隨著LED照明產業的高速發展，可見光通信（VLC）作為一種利用LED燈來發送數據的無線通信手段，引起無線通信研究及工程人員的關注，在全球范圍內得到發展。得益于泛在的基礎設施、高功率與大帶寬的通信、綠色無輻射以及不易被竊聽等特點，VLC技術被認為將有效拓展現有無線通信頻譜和通信方式，可以應用在高速數據傳輸、電磁屏蔽場景下的無線通信覆蓋、室內定位導航、攝像頭中低速通信等場景。

　　目前，VLC已經在全球范圍內得到了一定的發展，但是仍然面臨產業環境不夠成熟、相關產品競爭力不足、發展目標不明確等挑戰。不過，隨著工業互聯網、人工智能等技術的興起，VLC產業的市場空間將開啟，如果相關應用能夠在一些場景下實現普及，那么VLC產業有望騰飛。

 

　　VLC技術關注度提升

 

　　可見光通信的技術研究起源于日本，發展于歐美，壯大于國內。早在2003年，日本多個從事VLC研究的科研機構和企業成立了可見光通信聯盟，以研究VLC應用技術，推進VLC產業化和標準化為目標。NEC、NTT、卡西歐、KDDI、索尼、東京電力和東芝等企業及東京大學、慶應大學等科研機構都是該聯盟的成員。

 

　　早期的VLC技術以室內低速傳輸、定位、水下通信等場景的應用為主，通信速率較低，通信距離較近，理論研究尚不深入。2008年～2010年，隨著歐盟FP7的OMEGA項目將VLC當作智慧家庭中高速無線數據接入手段，包括法國電信、牛津大學、法國湯姆遜公司、西門子公司、HHI等在內的大量實力雄厚的單位參與到VLC無線接入系統研發中，推動了VLC技術的第一次快速發展。

 

　　在這一輪技術進步中，VLC理論逐漸被深入研究，包括自適應光路、預均衡、MIMO、OFDM、高階編碼調制等技術被應用于VLC中，使VLC的最高通信速率拓展至500Mbps左右，最遠通信距離拓展至100米左右。2012年～2015年，國內以清華大學、復旦大學、解放軍信息工程大學、中科院半導體所等研究機構為主的科研機構開始逐漸重視VLC研究，國家科技部先后設立了VLC領域的“973”“863”等專項課題鼓勵相關理論與應用研究。

 

　　VLC技術在國內科研團隊的主導下再一次取得了跨越式發展。專用OFDM調制方式、波分復用、通信照明一體化、超高速VLC通信系統等領域取得重大突破，商用照明LED可調制帶寬可達350MHz以上，單LED燈芯通信速率最高被拓展至3Gbps～5Gbps，配合MIMO可以實現更高的理論通信速率。

 

　　近兩年，VLC技術開始走向應用，潛在的應用場景包括高速數據傳輸、電磁屏蔽場景下的無線通信覆蓋、室內定位導航、攝像頭中低速通信等。VLC研究重心由理論基礎向工程實踐轉移，如VLC網絡結構與網絡拓撲、上下行通信結合方式、通信覆蓋與移動切換和攝像頭通信編解碼算法等。

 

　　產業鏈亟待完善

 

　　目前，全球VLC產業規模仍然較小，相關企業主要集中在歐美日和我國，主要瞄準特種應用場景。

 

　　在美國，包括GE Lightings、ByteLight、Philips等在內的多家公司在超市中部署VLC定位導航系統，輔助商家透過追蹤用戶位置定位顧客的消費過程。在歐洲，Pure－LiFi公司嘗試開發并售賣短距離VLC無線上網模塊；Marvel公司尋求在G．hn芯片的基礎上開展VLC通信芯片的開發。在日本，東芝、NEC均發布了基于VLC的工廠生產線自動化通信系統。

 

　　在國內，深圳光啟聚焦光子安全和光子支付領域，采用VLC進行安全傳輸；華為、國家電網等公司開展VLC樣機開發。從器件角度看，現有VLC應用或產品對LED或光電探測器件的性能要求不高，國內基本可以實現自主研發與生產；通信芯片大多復用已有方案或在現有基礎上進行二次開發，尚沒有成熟的VLC專用芯片。

 

　　總體而言，VLC的產業仍處于萌芽狀態，除初創公司外，相關領域的絕大多數公司仍處于觀望與試探階段。但Grand View Research的數據較為樂觀，其預測：VLC在美國的市場份額在未來幾年將保持每年30％以上的高速增長，2024年可達約1013億美元。主要應用領域包括家庭內數據傳輸、交通輔助、消費電子、醫療、安全通信等領域。

 

　　在標準方面，VLC標準起步較早、覆蓋較廣，但參與企業較少。2011年IEEE發布了第一版VLC標準802．15．7，主要參與企業包括英特爾、三星等多家企業和研究機構。但由于標準中定義的通信速率較低，通信方式選擇了較難實現的色域調制，故該標準并未得到相關企業的積極響應。

 

　　2015年IEEE和ITU－T先后啟動了新的VLC標準項目。IEEE在2017年發布了802．15．7r1，專注于中低速的VLC通信（包括攝像頭通信）。由于缺少相關企業的積極參與，高速VLC未能在802．15．7r1中形成標準化。在ITU－T的VLC標準項目中，參與企業主要是對VLC感興趣的G．hn芯片廠家，尋求在已有基礎上實現VLC技術。在國內方面，關于VLC高速、中低速、攝像頭通信的多個國標、行標項目已先后在國標委和CCSA立項，但參與單位均以科研單位為主，感興趣且深度參與的企業較少。

 

　　推進VLC發展的“三大步”

 

　　可以看到，目前VLC的發展尚處于起步階段，無論是技術、標準、產業鏈以及生態建設都需要進一步完善。在推進VLC產業發展上，業界可以從三個方面入手。

 

　　第一，中低速應用和攝像頭通信有望成為產業突破點，高速應用的吸引力仍待挖潛。對于VLC技術而言，中低速應用的通信算法開發難度較低，部分可復用現有模塊和芯片；攝像頭通信甚至無需專用的接收端，僅采用手機端App即可實現數據傳輸和定位導航等應用，在產品開發周期和推廣難易度上具有明顯優勢。國內產業應注重器件自主研發生產能力的提升，例如專用LED的定制，低成本接收端的生產，標準化、集成化的通信模塊開發等。高速應用具有高速率、可空分復用／接入、保密性強等優勢，在電磁屏蔽、超多接入用戶數、保密要求高等通信場景下仍具有很強的潛力，可成為WiFi、4G／5G等通信技術的有效補充。

 

　　第二，產品開發應圍繞特需應用場景，成本應成為最主要的競爭力。VLC對于現有其他無線通信方式在大部分應用場景中暫時無法構成“致命”威脅。因此VLC產業應優先專注于特定需求的應用場景，例如室內定位導航、水下傳感通信、煤礦／隧道通信等場景。同時，VLC產品應將成本作為產品優化的主要目標，充分利用LED產業高速發展帶來低成本紅利，開發低成本、高性價比的無線通信產品方案，提升VLC技術的直接競爭力，在形成一定規模后進一步尋求拓展VLC其他特有優勢，提高產品附加價值。

 

　　第三，把握工業互聯網和人工智能的機遇，尋求產業的跨越式發展。在物聯網概念不斷普及和推廣、工業互聯網如火如荼發展的背景下，VLC技術可作為一種低成本、高可靠性的通信方案，在各類場景下發揮作用。人工智能時代對數據的需求日益增加，大量由傳感器、控制器、中繼節點產生的數據需要回傳至云端數據中心，利用VLC技術可以在車間、生產線、醫院等場景下實現無需布線的自組織網絡，亦可為橋梁、水電站、油井、環境監控等場景下的傳感器提供復雜環境下的可靠數據傳輸。VLC產業應牢牢把握這次機遇，尋求產品類型和數量的高速發展。

 

　　總體而言，VLC技術從起源至今經歷了多年的研究和發展，雖然關于VLC的標準項目由來已久，但相關產業仍較為薄弱，產品方案競爭力不足，發展目標不甚明確。隨著工業互聯網和人工智能的興起，VLC迎來了產業騰飛的重大機遇。業內各企業和研究機構應端正位置，看清形勢，從低速通信和成像通信入手，找準特定需求的應用場景，開發性價比高、競爭力強的拳頭產品，擴大產業影響力。隨后逐步挖掘高速通信應用的潛力，強化關鍵技術創新，補齊產品線，實現產業高速發展和升級。