研究人员开发出全光通信网络：使用四种光谱，实现海陆空的无缝连接【附通信技术赛道观察图谱】

瞻观前沿

研究人员开发了一种全光通信网络，可以实现太空、空中和水下环境的无缝连接。新的网络设计结合了用于控制无人水下航行器(UUV)的蓝光通信(BLC)与白光通信(WLC)、用于无人机(UAV)的深紫外通信以及与卫星的激光二极管通信(LC)，无论环境如何都能确保连接。

在《Optics Express》中，研究人员描述了完全基于光的通信网络，并演示了网络节点之间的实时视频通信。他们还表明，它可以同时支持有线和无线设备接入， 并且可以在网络节点之间进行双向数据传输。这两种功能对于同时向不同用户提供各种服务至关重要。

无线光通信网络通常是针对特定场景而设计的，缺乏与其他通信系统的互操作性。创建空海互联需要艰巨的任务，即以创建无缝通信网络的方式整合多种技术。为了实现这一目标，研究人员使用四种光谱为四种不同的环境或应用建立无线光通信链路。

他们使用蓝光进行水下通信， 因为海水对蓝绿光的吸收窗口减小，使其比其他波长在水下传播得更远。这使得该系统可用于控制无人水下航行器或在水下设备和浮标之间建立通信。白光 LED 用于在物体之间传输信息 ，例如水面以上的浮标或船只。为了与无人机等机载设备连接，使用深紫外光。这提供了日盲通信，防止阳光干扰。 最后，对于自由空间中的点对点通信，应用了近红外激光二极管 ，因为它们发射具有高光功率的定向光。研究人员还设计了基于 TCP/IP 方案的网络，允许无线或有线访问互联网，这使其对于物联网应用非常有用。

来自南京邮电大学和苏州亮芯单片光电科技有限公司的研究小组组长王永进说：“通过蓝光、白光、深紫外波长和激光二极管的通信建立统一的传输模式非常重要，这样我们就可以使用以太网交换机将它们集成 ，为了使这项工作成为可能，LED 和调制方案决定了网络吞吐量，而雪崩光电二极管限制了传输范围，并且光学带通滤波器将所需的光信号与其他光谱中的光信号隔离开来”。

研究人员表明，全光通信网络可以通过有线和无线接入实现全双工实时视频通信以及传感器数据、图像和音频文件的传输。

图片来源：摄图网

技术价值观察

通信产业的上游行业主要为电子元器件制造业(如集成芯片、电阻、电容、晶振、LCD屏、印刷电路板)、塑胶与五金结构件制造业(如塑胶、铝合金、五金插接件、机柜及其它结构件)和通信设备部件制造业(如收发器、交换机、天线、分路器、合路器等)。

通信产业的下游行业主要为政府与公共安全、公用事业以及工商业等行业，这些下游市场的需求变化和产业政策直接影响产业的经营效益和持续发展。同时，通信产业也能更大程度地促进下游行业的快速发展，提高下游行业的生产效率，具体产业链布局如下图：

研究人员开发出全光通信网络，使用四种光谱为四种不同的环境或应用建立无线光通信链路。因此，从通信产业链上看，全光通信网络处于产业链的中游环节。

宏观市场观察

——定义

通信是指是人与人或人与自然之间通过某种行为或媒介进行的信息交流与传递，从广义上指需要信息的双方或多方在不违背各自意愿的情况下，无论采用何种方法，使用何种媒质，将信息从某方准确安全传送到另方。

本文中，前瞻对通信产业的定义为：由从事通信设备和系统及相关的配套设备、专用零部件的研究、生产、开发的企业，以及电信运营服务商和光通信行业组成的产业群体。

——电信业务收入和发展质量平稳增长

工业和信息化部发布的《2021年通信业统计公报》显示：2021年我国通信行业保持稳中向好运行态势，电信业务收入稳步提升，累计完成1.47万亿元，比2020年增长8.0%。按照上年不变单价计算，全年电信业务总量较快增长，完成1.7万亿元，比2020年增长27.8%。

——通信设备制造行业市场规模逐年递增

根据《中国电子信息产业统计年鉴》，2014-2019年全国规模以上通信设备制造业营业收入持续增长。根据工信部，2020年，通信设备制造业营业收入同比增长4.7%，则通信设备制造业营业收入初步估计达39729亿元。

2016-2020年，全国通信设备零售营业收入呈波动递增趋势，年复合增长率2.01%;2020年受疫情影响，营业收入增速有所放缓。2020年全国通信设备零售营业收入达1363.5亿元，同比增长0.78%。面对激烈变化的内外部环境和新一轮通信技术的变革，我国通信设备产业在保持已有产品集成创新和低成本研发比较优势的基础上，亟须把握产业融合发展的新形势和新机遇，加强产业的横向协作和纵向整合，以继续扩大市场规模。

——光通信产业发展规模

1、中国光缆长度：接近5800万公里

根据国家统计局数据，2017-2021年中国光缆长度持续增长，截止2022年上半年已经达到5791万公里，较2021年底增加310万公里。

2、中国光模块市场规模：持续增长

2015-2020年受下游光电及数据通信行业需求的影响，我国光模块市场规模不断增加，2015-2020年年均复合增速为11.13%。2020年上半年受疫情影响，下游数据通信及三大运营商采购需求放缓，下半年国内电信及数通客户需求下半年回暖，整体推动2020年中国光模块行业市场规模增加至382.1亿元。初步统计，2021年我国光模块市场规模超过400亿元。

——“十四五”通信产业发展趋势：基础设施建设能力显著提高，向国际一流水平迈进

整体来看，未来我国通信行业将显著提高基础设施建设、数据与算力设施服务以及网络数据安全治理等方面的能力，并向国际一流水平迈进。

中国通信技术赛道热力图

根据前瞻产业热力图显示，与通信关键技术强关联的城市集群主要集中在华南地区，并且以广深为重点发展区域 ，未来布局通信技术及其他相关技术的发展路径，极大可能性在于华南地区优先导入，其中可重点关注广东省广州市天河区、广东省深圳市福田区、海南省海口市龙华区所处通信产业的相关企业 ，以及该地方对于通信产业发展投资环境、供给市场的潜力空间。

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白光通讯时代即将来临

电灯在我们的生活中不可或缺，1879年被爱迪生发明以来，一百多年间，电灯泡的功能，始终是单一的照明。如今古老的电灯将被赋予神奇的新功能。1864年，麦克斯韦创立了电磁辐射理论，奠定了无线通信的理论基础，揭开人类利用无线通讯的历史篇章。电磁波家族成员众多，人类只能接收到其中很小一部分，这个范围我们称作可见光，在很久以前，科学家就尝试用光进行通讯。

1880年，被称为电话之父的亚历山大贝尔曾做过一个著名实验，他发明了一个奇怪的装置，利用化学元素化学元素锡制作成接收器，当经过调制的光到达接收器时，新的电阻会发生变化，产生的电流下次要乖乖听话通过一个小型扩音器实现声音的传递，这种装置被称为光变化，这是人类历史上第一次使用光进行无线通信。像贝尔的光电话，还有信号弹等等，这些实际上都是无线光通讯的一种最初的雏形方式。光变化使用后的一百五十多年里，人们开始利用电磁波的各个频段传输信息，电磁波已经发展成一门技术科学，深海通信、通话业务、数据传输、卫星导航、电磁波无处不在，提起电磁波，你是不是想到了微波炉？不，这只是电磁波应用的一部分，雷达、农业生产、生物医学研究，甚至现代战争。提起红外线，你想到的又是什么？感应门，遥控器，电波家族中，可见光是我们唯一可以见到的，手电筒霓虹灯，这些生活中的各种灯光都是电磁波的一部分，紫外线会诱发生物的基因突变，在它的照射下我们的皮肤会变黑，说道×射线，你一定会想到×光机，它被广泛应用于放射医学。穿透力极强的伽马射线，可以破坏细胞组织，使生物死亡。电磁波家族成员丰富，但频谱资源被各种应用占用，随着wifi，3G等技术的普及，人们对信息传递速度提出了更高的需求，频谱资源中可用的频段越来越少，科学家们的目光转向可见光，如电灯泡。

白光通讯简称VLC通讯，即可见光通讯。基本上就是用现在照明的led灯，来做加载通讯的功能。光和无线电波一样，都是电磁波的家庭成员。传播信号的基本原理是一致的。利用专用的能够接发信号功能的电脑以及移动信息终端，只要加上信号的光线照射，就可以传输信号，下载和上传高清图像、动画等数据，关掉灯网络全无，现在VLC通讯的应用最主要的是通讯，利用现有的照明资源做通讯和做高速宽带无线的覆盖，与现有wifi相比，未来的可见光通讯安全又经济，高速通信的需求是已经紧迫，白光通信的时代即将到来。而第四代led灯的发展及应用为白光通信的发展提供了有利的契机，白光通信原理就是通讯传送端，接收机传输的视频信号，通过数字模拟转换为光源传输信号，并由接收端接收并还原成视频信号的波过程。

白光通信比以往其他的传输方式有什么不同？它的优势又在哪里呢？带宽比较大，能效比较高，对人体是安全的，是一种绿色通讯方式，通讯方式又比常见的无线的激光的那个通讯方式更加灵活，同时它对周围的设备没有干扰，它自己也不太容易受到干扰。

白光led等系列可见光无线通信系统比传统的红外和弧线电通讯相比，具有发生功率高，无电磁干扰，无需申请频谱资源等优点。

白光led不仅可以提供室内照明，而且可以应用到无线光通信系统中，满足室内个人网络需求，在照明方面，白光led的节能环保等特点，被认为终将取代荧光灯白炽灯等传统照明光源，与此同时，白光led响应时间短，加之其具有高速调制特性，可以设计出近于白光led的室内可见光无线通信系统，用LED灯就能帮您定位，您相信吗？这样的技术确实存在，在第15届中国国际光电博览会上，led白光通信技术首次在深圳亮相，相较于传统技术，这一新技术在国内尚属首创，在定位精确度上提升五倍，可成本却降了八成，有效解决了室内精准定位，这一世界性的难题，填补了我国在光通信领域的技术空白，同时也增加了led灯在定位方面的价值。

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