車載光無線通信概述

逍遙設計自動化

簡介光無線通信（OWC）正成為智能交通系統(tǒng)中車對車（V2V）和車對基礎設施（V2I）通信的一項有前途的技術。本文概述了OWC在不同類型車輛中的應用，包括無人機（UAV）、地面操作車輛（GOV）和自主水下航行器（AUV）。

6 O% g" `! d& d4 a( G* G# ~圖1：車載光無線通信應用場景。
) B% r2 o, w% g
4 b& `& m+ D* J$ A8 n9 u4 ?
無人機光無線通信
+ y0 d  W3 O* s8 W. r" }$ x) D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用。與射頻（RF）技術相比，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
+ p7 p$ N' n0 J- ], f* ^; e) f* y  p圖2展示了OWC支持的一些關鍵無人機應用：

6 V" O4 O. L. Q. Y
圖2：使用光無線通信的無人機應用：（a）遙感 （b）實時監(jiān)控 （c）搜索救援 （d）無線覆蓋。

3 g" Z; H( b0 G& H: z% ]無人機OWC的主要研究挑戰(zhàn)包括：
1 W% L' [) h2 r, g% u

考慮大氣效應的精確信道建模

移動無人機的波束跟蹤和對準

無人機集群的網(wǎng)絡架構

與RF集成的混合無人機通信

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：
6 E: w' i& d; o" m# U, ?  F  q
0 L5 C9 \" d" `) P6 P1 a, k7 T# i圖3.：車載光無線通信場景。
2 p4 F$ u9 X3 D" _& \; T) ~. {VLC用于車輛的主要優(yōu)勢包括：

重復利用現(xiàn)有LED基礎設施（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
6 b. G& |0 t+ K1 E% ?. m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)絡的集成
水下車輛光無線通信
/ B4 n; D! v; g# q) n對于AUV，特別是在短距離內，光無線通信提供了比聲學通信更高的數(shù)據(jù)傳輸率。圖4展示了一個典型的水下OWC設置：

& N7 P; O7 g0 V, J$ D! j2 S) _圖4：水下車輛OWC節(jié)點鏈路圖。
水下車輛OWC的關鍵特征包括：

使用藍綠波長（400-550 nm）以最小化衰減

在數(shù)十米范圍內可實現(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：
3 X$ A' e7 p2 o, C! E5 {7 P

由于嚴重衰減和散射而導致的有限范圍

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
* z; [4 _0 m' O8 O3 p: g車輛網(wǎng)絡架構
3 X, [; Y4 x% _6 V" h+ _& kOWC使協(xié)調多個車輛的新型網(wǎng)絡架構成為可能：UAV-UAV網(wǎng)絡：

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)
4 D4 q+ i: j! Q! c0 ]) F圖5展示了一個自組織UAV網(wǎng)絡概念：
" r3 N' M# \# {, O* }
圖5：自組織UAV網(wǎng)絡通信
% t; Z; q3 H: [UAV-地面車輛網(wǎng)絡：

UAV可作為中繼以擴展地面車輛通信范圍

混合RF-光學鏈路可提高可靠性
UAV-AUV網(wǎng)絡：

UAV可作為空中節(jié)點連接水下和陸地網(wǎng)絡

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：
( |8 U# h% w: S# d- q
. c( A3 Y6 U  D$ C3 f9 o
圖6：UAV-AUV網(wǎng)絡通信概念
$ `( W  ]' O+ |$ U, v' z未來研究方向
車載OWC的進一步研究領域包括：

針對車載信道的先進調制和編碼

提高鏈路可靠性和容量的MIMO技術

用于信道預測和資源分配的機器學習

車載OWC協(xié)議的標準化

安全和隱私機制

OWC與5G/6G蜂窩網(wǎng)絡的集成

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航

自動駕駛車輛的可見光感知和通信
9 s+ g) R$ p% @/ P結論
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)絡不可或缺的一部分。
# P9 x7 S# U6 g* U本文概述了空中、地面和水下車輛光無線通信的關鍵概念、進展和未來方向。隨著該領域的快速發(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
4 s# l0 Z& t- EH. 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.
" {$ D8 u5 u8 `* d8 D+ D& v, T4 B
- END -

  Y7 ~9 j$ V5 A# X' i7 p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)應用，PIC Studio都可提升您的工作效能。
8 {- x9 }) J8 M) ^5 \點擊左下角"閱讀原文"馬上申請
# d, O: X$ r7 O
/ [+ I& k( t0 c: Z/ k2 c6 o歡迎轉載

7 I- V6 T2 L' J1 X$ [) `" K轉載請注明出處，請勿修改內容和刪除作者信息！

+ Z5 B: n% v! r, r
2 h2 a! W. [3 N1 U! t2 [! T1 N6 X


關注我們

5 n' J9 c6 y3 C2 G 0 |- o7 K" @1 ]% a- x

7 x" x2 N; d3 Z, g

7 C) J1 N+ [9 ~7 K$ n' m

                     

3 \9 a: E; _$ O) ?

- ^& l4 J- v' X% ]) J6 P關于我們：
深圳逍遙科技有限公司（Latitude Design Automation Inc.）是一家專注于半導體芯片設計自動化（EDA）的高科技軟件公司。我們自主開發(fā)特色工藝芯片設計和仿真軟件，提供成熟的設計解決方案如PIC Studio、MEMS Studio和Meta Studio，分別針對光電芯片、微機電系統(tǒng)、超透鏡的設計與仿真。我們提供特色工藝的半導體芯片集成電路版圖、IP和PDK工程服務，廣泛服務于光通訊、光計算、光量子通信和微納光子器件領域的頭部客戶。逍遙科技與國內外晶圓代工廠及硅光/MEMS中試線合作，推動特色工藝半導體產業(yè)鏈發(fā)展，致力于為客戶提供前沿技術與服務。

4 q" u' v5 U5 ?  _) D  {5 Ihttp://www.latitudeda.com/
7 b: z0 R% w2 r. t（點擊上方名片關注我們，發(fā)現(xiàn)更多精彩內容）