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硬科技观察- 面向大数据应用的宽带接入通信新技

更新时间:2019-08-23

  本期《硬科技观察》我们邀请到重庆市巴渝学者特聘教授、重庆大学博士后导师、重庆三峡学院硕士研究生导师邵宇丰教授。▲●…△

  邵宇丰教授一直在国内外高校和相关研究机构从事通信系统与网络方面的科学研究工作,特别是在新型调制/解调与编/解码技术、高速OFDM光接入与交换应用等方面取得了系列研究成果。由于在上述领域的科研贡献,获得:2008年全国信息光学与光子器件学术会议优秀学术论文二等奖; 2010 年中国博士后科学计划第三批特别奖励和IEEE Communication Society 论文贡献认定;2011年中国光学重要成果奖励和复旦大学优秀博士后。

  截止目前,邵宇丰教授已在光通信领域一流的国内外期刊和学术会议上发表论文160 多篇,共发表SCI论文46篇,EI论文100余篇,论文被引数达1000 余次,在国际著名学术会议(OFC和ECOC)发表学术论文10篇,申请国家发明专利11 项,授权4项。主持国家自然科学基金,国家863项目子课题,◆◁•中国博士后第三批特别资助和一般资助项目各1项,第二负责人参加1项国家973项目。

  大数据宽带接入应用是当前行业的热点和焦点。目前的通信系统主流的有两种:一种是光纤通信系统,一种是移动通信系统,这两种系统各有优势和劣势。我们常用的光纤通信系统可以为大数据的接入提供非常大的带宽,通俗的说它有海量的带宽;移动通信系统的优势在于它可以进行无缝覆盖,在很多地方不需要专门部署一些有线的,或者说固定的光电集成设备,可以在用户的终端进行自主的带宽的分配。所以我们必须把光纤通信具有的海量带宽的优势和移动通信的具有的无处不在的优势充分地融合起来,为海量数据也就是我们的大数据的接入提供应有的便利。对于通信系统而言,未来肯定是有线系统(主流的光纤通信系统)和无线系统(主流的移动通信系统)充分发挥各自的优势来克服其各自的缺点,这是一个必然的演进的过程。

  自由空间光通信系统(Free Space Optical Communications)是在自由空间里面,通过无线的方式来传输高带宽的数据信号。这种数据信号的传输有既有别于传统光纤通信的接收方式,也有别于传统无线通信的接收方式,但又具有上述二者的共性,自由空间光通信系统充分利用了光通信的带宽优势,也充分利用了无线通信的自由空间传输的优势。

  自由空间光通信接入系统目前还没有真正走向商用,主要因为它有两大问题还需要科研人员努力克服:其一是,这个系统在实用的时候存在对准误差这种负面效应,通俗的讲发送机和接收机在两幢大楼或两个山峰之间对准的时候,往往需要用望远镜或者用其他的自动伺服装置先完成对准,然后才能实现全双工的通信过程,而对准的过程实施起来比较困难;其二是,自由空间里面会存在很多的障碍物,比如受到天气环境的影响,有时会下雪、下雨、起雾等,另外还存在大气湍流的影响,这些因素都会使我们的传输信号质量下降。用更专业的话说,如果每公里的衰耗达到100d以上,那么这样通信信号的传输距离是受到限制的,即时在晴天的环境下面,这样的信号也只能传输到五公里左右。同时还要考虑光学扩展的衰耗效应,比如说信号从发射机发送出来到接收机接收时光斑会扩散,如果扩散较大的话,接收机接收到的信号质量是较差的。

  那么是不是这样的系统走向商用就不能实现了呢?在德国、美国部分的研究机构已经把它推向实用了,因为核心技术往往是需要一个过程走向商用的。习总书记曾讲过,核心技术靠化缘是要不来的,必须要自力更生。我们未来也要突破这方面的瓶颈,在对准误差和光学误差消除方面做出我们自己的贡献,如此一来我们就能够把FSO系统尽快地推向商用。FSO系统推向商用后,其优势就是可以实现大数据的、自由空间的、无线的传输和收发。

  科技创新有一个目标,就是不断向先进的国际技术水平迈进,▲●而且要更多的走向民用。目前在室内可见光通信领域,采用的发光装置一般是LED,这种技术通常被叫做可见光通信技术。快三投注平台注册可见光通信技术的一个好处是在完成室内照明的同时可以实现大数据的下行传输。常规无线信号的下行传输速率往往是受到限制的,★-●△▪️▲□△▽如果发射端和接收端固定,按照正在用的4G移动通信标准,下行速率最高不超过384 Mbps。如果采用可见光通信技术,下行速率可达到 1 G bps。

  但是可见光通信技术也有缺陷,也正是如此它目前没有走向真正的商用。可见光通信技术最开始起源于德国,然后也在国外特别是欧盟那些国家得到应用,●中国从最开始使用可见光技术时长不超过十年。其实可见光通信技术最开始的发展起源是用于定位,当时的下行传输速率比较低,而现在大数据接入的种类、大数据接入的终端类型多样化,还依靠传统的无线通信下行接入方式的话,必定无法满足未来的通信需要,因此下行可见光通信技术在未来肯定走向实用。

  如何解决它的上行问题呢?如果上行还是采用可见光通信信号,上下行信号会形成白光的污染,即可见光通信发展目前存在的瓶颈:下行信号和上行信号之间产生互相串扰。现在有很多解决这个问题的方案,如下行和上行采用不同的传输模式,下行用可见光,上行用红外或者上行用蓝牙,上行用WiFi等方案都已被各大研究机构提出。正是因为上下行不能同时用可见光来传输信号,这是目前面临的瓶颈。但是我深信这个瓶颈未来能够克服,如果在发射机端采用LED阵列,在接收机端采用二维光学选择性信道,那么我们能够把不同的 LED 发射出来的光进行下行信号处理,并且通过另外的信道选择出来的没有传输信号的信道进行数据的上行,一方面可以降低上行的成本,另外一方面也可以使这项技术走向实用,但是目前这项技术还需要一个开发的过程,所以我们期待这个过程早日实现。

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