本文来自移动Labs。
随着5G-Advanced时代开启，6G已成为全球移动通信产业技术创新的焦点，未来3-5年将成为6G潜在关键技术的窗口期。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。近日，移动Labs邀请到中国移动研究院未来研究院主任研究员夏亮接受采访，围绕面向6G的可见光通信进行探讨。
专|家|简|介
夏亮
中国移动研究院未来研究院主任研究员。2008年以来先后从事LTE/LTE-A与5G的无线物理层技术研究、标准化与产业推动工作，目前主要从事面向6G的无线新技术研究，主要研究方向包括可见光、太赫兹等。
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可见光通信，探索研发步伐不断提速
可见光通信（Visible Light Communications，VLC）的概念在20多年前就已被提出，曾一度成为产业界和学术界的热点，诸多理论、方案、标准、产品和应用在过去的10多年的时间里不断涌现、不断发展。日本、欧洲、美国都有相关的联盟或政府计划对可见光通信的发展进行了支持。
我国在可见光通信领域的研究起步较晚，经过十余年的努力，已经追赶上并达到了与世界发达国家同等的水平，更是在某些方向处于领先地位。在学术界，国内主要有多所高校和研究机构正在开展可见光通信的研究，研究方向涵盖了信道建模、核心器件、传输技术、样机研发等各个领域，相关成果也已达到国际先进水平。在产业界，国家和各地政府对可见光的产业发展加大了投入力度，国内也出现了专门生产可见光通信设备的公司。IMT-2030、CCSA等行业组织已设立可见光通信相关研究项目，开展了面向下一代通信的可见光研究。
可见光通信作为一种可以与照明相结合的新型通信模式，是现有无线通信的一种有效补充手段。据夏亮介绍，可见光通信一方面可以与照明设备融合部署，在提供照明的同时提供通信服务，从而降低部署成本，降低综合能耗，提升用户友好度，提升可见光基站的部署密度，提供超高的流量密度；另一方面可以与照明产业相融合，中国作为世界LED封装与应用产品最重要的生产和出口基地，雄厚的产业基础为引领可见光通信产业发展提供了重要的保障，通过与成熟的照明产业的融合，可以加快可见光通信产业发展，降低可见光核心器件的成本。
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拥有巨大频谱潜力，成为6G关键候选技术之一
随着5G-Advanced时代的到来，6G已成为全球移动通信产业技术创新的焦点。为满足6G更加多样的场景中的更加极致的需求，6G移动通信网络需要对频谱的使用进行更深的研究，一方面需要挖掘现有频谱的利用效率，另一方面需要研究使用更高频段的通信。作为拥有巨大频谱潜力的可见光通信，可以满足更高容量和超高体验速率的需求，被多方认为未来将成为6G关键候选技术之一。
据夏亮介绍，与传统射频通信相比，可见光通信的优势主要在于：
1️⃣频谱丰富：可见光候选频谱带宽将近400THz，可有效解决频谱资源日益紧张的问题。
2️⃣部署简单：VLC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，并结合照明的需求，实现低成本超密集部署，满足高流量密度需求。
3️⃣绿色节能：VLC兼具照明与通信等功能，具有低功耗高能效的优势，符合国家节能减排战略。
4️⃣电磁免疫：可见光和射频信号之间不会相互干扰，因此VLC非常适用于飞机、医院、工业控制等电磁敏感领域，有效避免电磁干扰，保证设备正常运行。
众所周知，“最后一公里”是通信界人士经常提及的一个概念，可见光通信被认为是下一阶段移动无线通信“最后一公里”接入技术的重要组成部分。夏亮表示，在移动通信系统中，为了服务更多的用户数，并让用户得到极致的服务体验，无线接入点部署的离用户越来越近，站点数目与密度也随之增加，这也带来了部署成本的提升与网络能耗的增加。而可见光通信要解决的就是这“最后一公里”中的最后十米的超高速率接入问题，同时在低成本部署与绿色节能方面的潜力也是可见光通信的主要竞争力。
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6G将加速解锁应用新场景，关键技术仍待突破
现阶段，可见光通信的应用场景主要集中在低速率固定点对点传输场景，卫星、水下等特殊场景，以及保密通信场景等，其应用场景的局限性制约了可见光通信的大规模应用,而6G为可见光通信应用带来了更多期待。夏亮认为，结合可见光通信的特点，其在6G中可能的应用场景主要包括移动通信场景与垂直行业通信场景。
➢室内热点高容量移动通信场景：在诸如交通枢纽、体育场馆、商场、办公场所、家庭等热点高容量场景提供高速率接入服务，满足一定的移动性要求，为用户提供连续的服务体验。
➢垂直行业专用场景：6G的应用场景具有多样化的特点，在不同场景中具有诸多特定化需求。可见光通信可以在地面、航空、航海等交通场景，在医院、工厂等电磁严苛场景中，融合照明或其它特殊用途光源进行通信，同时避免无线电磁干扰，提供安全绿色的通信服务。
但值得注意的是，可见光要应用于移动无线通信，当前面临两大难点：❗一是需满足用户在移动环境下对于连续无中断服务的要求。可见光空间传输损耗大、易被遮挡、光束宽度窄等特性使得可见光传输相对容易中断，可见光节点的超密集部署也会带来更多的切换问题，而终端发光在日常使用中会带来很大的不便，因此可见光上行链路的应用场景受到限制。❗二是现有商用可见光通信设备难以满足6G的通信速率要求，实现几十Gbps的超高速率传输。
在夏亮看来，如果要突破这些难点，不仅需要综合考虑可见光基站的覆盖距离、覆盖面积、传输速率、能量效率等问题，而且也要考虑可见光通信网络的连接管理、移动性管理等问题，并基于可见光通信信道建模、收发器件、传输技术、组网技术等方面的研究，来解决以上问题。
信道建模方面：信道建模是研发可靠、高效的通信系统以及对其进行性能评估与优化的基础。可见光信道建模需要结合6G应用场景考虑可见光信道的频率、衰落、空间、时间等特性。与传统的微波频段的信道建模相比，可见光信道模型需额外考虑大气中水蒸气、颗粒物等产生的衰落，以及可见光噪声特性。
关键器件方面：可见光通信关键器件主要包括光源器件与光探测器件，支持大带宽传输的可见光收发器件是实现超高速率可见光通信的前提。为满足6G需求，可见光收发器件需数GHz的带宽，支持数十Gbps的通信速率。同时为了满足移动场景对覆盖的需求，对光源器件的发光功率、半功率角、线性度，以及探测器件的视场角、灵敏度等都提出了更高的要求。因此需要重点攻克可见光器件材料、加工工艺、集成、封装等关键技术，以满足通信专有的器件性能指标要求。
传输技术方面：传输技术同样也要解决超高速率传输与覆盖等方面的挑战，以缓解器件方面的压力。高谱效、高能效的波形调制技术，预均衡、比特能量加载等发送端带宽扩展技术以及高性能接收算法可以在可见光信道特性以及通信器件特性的约束下实现更高的传输速率和更大的覆盖范围。多光源协作传输技术可以进一步弥补可见光通信在传输连续性、覆盖范围方面的短板。
组网技术方面：需要考虑将可见光通信作为移动蜂窝通信网络的一部分，实现可见光通信与传统射频通信在蜂窝网中的融合，从而具备支持移动服务的能力。通过可见光通信提供高速率下行传输，通过传统射频通信提供上行传输以及提供下行备份传输，即当可见光通信被遮挡时，由其它频段提供持续无中断的服务。
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产学合力，携手推进标准化研究和产业化布局
当前,6G正在成为新一轮科技创新的必争之地。按照移动通信产业“使用一代，建设一代，研发一代”的发展节奏，业界普遍预测6G将在2030年左右商用。
夏亮表示，我们提出的6G愿景是“数字孪生、智慧泛在”。6G网络将在智享生活、智赋生产、智焕社会三个方面催生全新的应用场景，比如孪生数字人、全息交互、超能交通、通感互联、智能交互等。这些场景将需要数十Gbps的用户体验速率、0.1Gbps/m3的流量密度、厘米级定位精度以及数十倍的网络能效提升等。
满足这些需求也正是可见光通信在未来三到五年所追求的目标。因此，可见光通信一方面需要重点关注可见光通信核心收发器件方面的创新，关注通信专有的器件性能指标的突破；另一方面需要关注可见光通信在移动场景中的组网部署方面的创新，通过可见光组网原型系统验证可见光通信组网性能的突破。
每一项技术的发展都是机遇与挑战并存的,作为6G关键候选技术，可见光通信技术还未完全成熟，需要产业界和学术界共同合作推动其发展。在本次访谈的最后，夏亮介绍了中国移动在可见光通信技术攻关、标准化研究方面的探索和思考。
➢技术攻关：中国移动联合中关村泛联移动通信技术创新应用研究院、复旦大学、北京邮电大学、清华大学等高校，在可见光信道建模、核心器件、传输样机与组网样机等方面开展深入研究，初步完成了可见光信道部分影响因素分析；研发了业界领先的超辐射发光二极管，单器件数据传输速率可达4.57Gbps；研发了实时可见光原型基站，可支持1Gbps的传输速率；研发了可见光组网验证系统，初步验证了可见光通信在室内实现连续覆盖的可行性。
➢标准化研究：中国移动也积极参与了IMT-2030与CCSA等行业组织中的可见光通信项目，并提出了无线可见光融合组网的系统方案，致力于可见光通信标准能够与6G总体通信标准形成统一，以最大化利用6G可见光通信产业规模。除了可见光通信接入技术标准，还要考虑形成完整的可见光通信器件标准体系，以形成产业合力。
夏亮表示，面向2030年6G商用的时间点，我们倡议产业界和学术界尽早启动面向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，争取在2025年左右建立并完善可见光信道模型、完成关键器件攻关、形成传输与组网等关键技术框架，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。随即，结合6G的标准化节奏，适时启动标准化工作，并同步启动产业化布局和应用孵化。
