車載光無線通信概述

逍遙設(shè)計自動化

簡介光無線通信（OWC）正成為智能交通系統(tǒng)中車對車（V2V）和車對基礎(chǔ)設(shè)施（V2I）通信的一項有前途的技術(shù)。本文概述了OWC在不同類型車輛中的應(yīng)用，包括無人機（UAV）、地面操作車輛（GOV）和自主水下航行器（AUV）。
" e$ z1 C5 Z1 L5 C- r! L8 [
圖1：車載光無線通信應(yīng)用場景。
( a" T9 R3 a' a) M9 d# a1 U9 m4 I

無人機光無線通信
無人機越來越多地用于遙感、實時監(jiān)控、無線覆蓋和搜索救援等應(yīng)用。與射頻（RF）技術(shù)相比，OWC為無人機通信提供了幾個優(yōu)勢：

更高的數(shù)據(jù)傳輸率

無需許可的頻譜

更低的干擾

增強的安全性
+ [) l6 f6 M9 l9 |$ M- \: g7 |# M圖2展示了OWC支持的一些關(guān)鍵無人機應(yīng)用：

9 ^0 ^3 }/ Q# r4 w* M- g2 M4 H
/ K5 ]6 }! w, f圖2：使用光無線通信的無人機應(yīng)用：（a）遙感 （b）實時監(jiān)控 （c）搜索救援 （d）無線覆蓋。

無人機OWC的主要研究挑戰(zhàn)包括：
! t3 ?5 K6 |- Z5 Q! D

考慮大氣效應(yīng)的精確信道建模

移動無人機的波束跟蹤和對準(zhǔn)

無人機集群的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

與RF集成的混合無人機通信
. c: F" M/ u  k/ g& ?
地面車輛光無線通信
對于地面車輛，使用LED燈的可見光通信（VLC）是V2V和V2I鏈路的一種有前途的方法。圖3展示了一個典型的車載OWC場景：
0 `. a# p" g% o, t( A7 N& ?
圖3.：車載光無線通信場景。
VLC用于車輛的主要優(yōu)勢包括：

重復(fù)利用現(xiàn)有LED基礎(chǔ)設(shè)施（車頭燈、交通信號燈、路燈）

高定位精度

不干擾RF系統(tǒng)

由于視線傳播而具有固有安全性
主要挑戰(zhàn)包括：

移動性和動態(tài)信道條件

來自環(huán)境光源的干擾

有限的通信范圍

與現(xiàn)有車載網(wǎng)絡(luò)的集成
水下車輛光無線通信
對于AUV，特別是在短距離內(nèi)，光無線通信提供了比聲學(xué)通信更高的數(shù)據(jù)傳輸率。圖4展示了一個典型的水下OWC設(shè)置：
  ^# L! Q4 G, h% Y
圖4：水下車輛OWC節(jié)點鏈路圖。
1 m3 V% ?9 T  z$ |  Z水下車輛OWC的關(guān)鍵特征包括：
$ H0 ], q2 J2 W# A! p* x( ^3 A& e

使用藍(lán)綠波長（400-550 nm）以最小化衰減

在數(shù)十米范圍內(nèi)可實現(xiàn)Gbps級數(shù)據(jù)傳輸率

具有高精度水下定位的潛力
主要挑戰(zhàn)包括：
$ G1 T- X- Y* u2 W( y0 ^. U/ J

由于嚴(yán)重衰減和散射而導(dǎo)致的有限范圍

水中的湍流和顆粒影響鏈路穩(wěn)定性

波束系統(tǒng)的精確指向和跟蹤
" g2 {! z& h+ K+ W- B車輛網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)
OWC使協(xié)調(diào)多個車輛的新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)成為可能：UAV-UAV網(wǎng)絡(luò)：

集中式：所有UAV通過地面基站通信

自組織：直接UAV間鏈路形成自組網(wǎng)
圖5展示了一個自組織UAV網(wǎng)絡(luò)概念：

( c: H( N9 L. [8 B. T: i圖5：自組織UAV網(wǎng)絡(luò)通信
$ [$ s) j' X9 F4 Q% k) i; {UAV-地面車輛網(wǎng)絡(luò)：

UAV可作為中繼以擴展地面車輛通信范圍

混合RF-光學(xué)鏈路可提高可靠性
UAV-AUV網(wǎng)絡(luò)：

UAV可作為空中節(jié)點連接水下和陸地網(wǎng)絡(luò)

需要空氣-水界面通信
圖6展示了一個概念性的UAV-AUV網(wǎng)絡(luò)：
& n& i+ ]  g1 R) V/ u
, d- O% {0 E0 Y6 X# d5 H) F  t
圖6：UAV-AUV網(wǎng)絡(luò)通信概念
8 O- V# N& t2 C8 J7 P. N/ l未來研究方向
6 c- n; T! f& L' w+ }$ q車載OWC的進一步研究領(lǐng)域包括：

針對車載信道的先進調(diào)制和編碼

提高鏈路可靠性和容量的MIMO技術(shù)

用于信道預(yù)測和資源分配的機器學(xué)習(xí)

車載OWC協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化

安全和隱私機制

OWC與5G/6G蜂窩網(wǎng)絡(luò)的集成

車載節(jié)能和太陽能供電的OWC收發(fā)器

使用光信號的水下定位和導(dǎo)航

自動駕駛車輛的可見光感知和通信
結(jié)論
無線通信可為各種類型的車輛提供高速、安全和無干擾的連接。近年來取得了重大進展，在廣泛部署之前仍有許多開放問題需要解決。通過進一步的研究和開發(fā)，OWC有潛力成為下一代智能交通系統(tǒng)和自動駕駛車輛網(wǎng)絡(luò)不可或缺的一部分。
5 b7 u- t: p; v3 X& b本文概述了空中、地面和水下車輛光無線通信的關(guān)鍵概念、進展和未來方向。隨著該領(lǐng)域的快速發(fā)展，為研究人員和工程師提供了的機遇，可以為新型車輛通信系統(tǒng)的發(fā)展做出貢獻。
參考文獻
6 l& v3 ?6 e7 O% E0 H' e' GH. Mei, J. Ding, J. Zheng, X. Chen and W. Liu, "Overview of Vehicle Optical Wireless Communications," in IEEE Access, vol. XX, no. XX, pp. 1-9, 2020, doi: 10.1109/ACCESS.2020.3024854.
1 C1 b) `4 x- ?5 H7 W
* I- v5 C2 v( d, W( s: H- END -

軟件申請我們歡迎化合物/硅基光電子芯片的研究人員和工程師申請體驗免費版PIC Studio軟件。無論是研究還是商業(yè)應(yīng)用，PIC Studio都可提升您的工作效能。
點擊左下角"閱讀原文"馬上申請

2 W9 U4 s- j# S3 _" f. v歡迎轉(zhuǎn)載
, X9 T8 ^# o( L( l* y
轉(zhuǎn)載請注明出處，請勿修改內(nèi)容和刪除作者信息！
6 C) R  m6 W( Y* C# U

( Z/ v3 T8 s) ~) b- V! y* |2 G

7 |; q( |  Z; P5 M. c9 H
關(guān)注我們
; ~+ `& @+ B: C$ k& ?

* h1 M8 H1 {4 L4 C" l% A; s6 [

7 g( ^5 c/ z6 z: J

                     

: r# h" @; S5 W- Q2 I& s

( O: f7 }! G' \3 I7 g關(guān)于我們：
深圳逍遙科技有限公司（Latitude Design Automation Inc.）是一家專注于半導(dǎo)體芯片設(shè)計自動化（EDA）的高科技軟件公司。我們自主開發(fā)特色工藝芯片設(shè)計和仿真軟件，提供成熟的設(shè)計解決方案如PIC Studio、MEMS Studio和Meta Studio，分別針對光電芯片、微機電系統(tǒng)、超透鏡的設(shè)計與仿真。我們提供特色工藝的半導(dǎo)體芯片集成電路版圖、IP和PDK工程服務(wù)，廣泛服務(wù)于光通訊、光計算、光量子通信和微納光子器件領(lǐng)域的頭部客戶。逍遙科技與國內(nèi)外晶圓代工廠及硅光/MEMS中試線合作，推動特色工藝半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展，致力于為客戶提供前沿技術(shù)與服務(wù)。

http://www.latitudeda.com/
（點擊上方名片關(guān)注我們，發(fā)現(xiàn)更多精彩內(nèi)容）