車載光無(wú)線通信概述

逍遙設(shè)計(jì)自動(dòng)化

簡(jiǎn)介光無(wú)線通信（OWC）正成為智能交通系統(tǒng)中車對(duì)車（V2V）和車對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施（V2I）通信的一項(xiàng)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(wú)人機(jī)（UAV）、地面操作車輛（GOV）和自主水下航行器（AUV）。
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圖1：車載光無(wú)線通信應(yīng)用場(chǎng)景。
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- P- I/ w' B- J* e1 e  E% o2 n( Z無(wú)人機(jī)光無(wú)線通信
無(wú)人機(jī)越來(lái)越多地用于遙感、實(shí)時(shí)監(jiān)控、無(wú)線覆蓋和搜索救援等應(yīng)用。與射頻（RF）技術(shù)相比，OWC為無(wú)人機(jī)通信提供了幾個(gè)優(yōu)勢(shì)：

更高的數(shù)據(jù)傳輸率

無(wú)需許可的頻譜

更低的干擾

增強(qiáng)的安全性
圖2展示了OWC支持的一些關(guān)鍵無(wú)人機(jī)應(yīng)用：
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+ s6 V: ^4 f0 k% Z4 d' \
: b7 U5 ?! P! z( D7 R圖2：使用光無(wú)線通信的無(wú)人機(jī)應(yīng)用：（a）遙感 （b）實(shí)時(shí)監(jiān)控 （c）搜索救援 （d）無(wú)線覆蓋。

無(wú)人機(jī)OWC的主要研究挑戰(zhàn)包括：

考慮大氣效應(yīng)的精確信道建模

移動(dòng)無(wú)人機(jī)的波束跟蹤和對(duì)準(zhǔn)

無(wú)人機(jī)集群的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

與RF集成的混合無(wú)人機(jī)通信
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- e. v9 m% Z3 r  M( f$ i地面車輛光無(wú)線通信
& a' L# [& \0 U+ u( v對(duì)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(gè)典型的車載OWC場(chǎng)景：

圖3.：車載光無(wú)線通信場(chǎng)景。
VLC用于車輛的主要優(yōu)勢(shì)包括：

重復(fù)利用現(xiàn)有LED基礎(chǔ)設(shè)施（車頭燈、交通信號(hào)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(dòng)性和動(dòng)態(tài)信道條件

來(lái)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(wú)線通信
) W7 b& R2 b7 F4 x對(duì)于AUV，特別是在短距離內(nèi)，光無(wú)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(gè)典型的水下OWC設(shè)置：
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圖4：水下車輛OWC節(jié)點(diǎn)鏈路圖。
( L9 B+ D( U; p3 d, @水下車輛OWC的關(guān)鍵特征包括：

使用藍(lán)綠波長(zhǎng)（400-550 nm）以最小化衰減

在數(shù)十米范圍內(nèi)可實(shí)現(xiàn)Gbps級(jí)數(shù)據(jù)傳輸率

具有高精度水下定位的潛力
  `; u9 p% [+ B9 r  g" `主要挑戰(zhàn)包括：
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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
車輛網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)
OWC使協(xié)調(diào)多個(gè)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(guò)地面基站通信

自組織：直接UAV間鏈路形成自組網(wǎng)
" m% m2 E/ W% T1 q9 E2 w% T0 D5 W/ f圖5展示了一個(gè)自組織UAV網(wǎng)絡(luò)概念：
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7 o/ v6 }* q' O4 f3 e$ l2 g圖5：自組織UAV網(wǎng)絡(luò)通信
UAV-地面車輛網(wǎng)絡(luò)：

UAV可作為中繼以擴(kuò)展地面車輛通信范圍

混合RF-光學(xué)鏈路可提高可靠性
4 F; X3 v# W+ y) m$ AUAV-AUV網(wǎng)絡(luò)：

UAV可作為空中節(jié)點(diǎn)連接水下和陸地網(wǎng)絡(luò)

需要空氣-水界面通信
' s, x% A, B% |  ?. T7 O0 m. N4 z- o圖6展示了一個(gè)概念性的UAV-AUV網(wǎng)絡(luò)：
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圖6：UAV-AUV網(wǎng)絡(luò)通信概念
, t" s) E/ [- v未來(lái)研究方向
" \3 s# K/ U" i( j車載OWC的進(jìn)一步研究領(lǐng)域包括：

針對(duì)車載信道的先進(jìn)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(cè)和資源分配的機(jī)器學(xué)習(xí)

車載OWC協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化

安全和隱私機(jī)制

OWC與5G/6G蜂窩網(wǎng)絡(luò)的集成

車載節(jié)能和太陽(yáng)能供電的OWC收發(fā)器

使用光信號(hào)的水下定位和導(dǎo)航

自動(dòng)駕駛車輛的可見光感知和通信
結(jié)論
無(wú)線通信可為各種類型的車輛提供高速、安全和無(wú)干擾的連接。近年來(lái)取得了重大進(jìn)展，在廣泛部署之前仍有許多開放問(wèn)題需要解決。通過(guò)進(jìn)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(dòng)駕駛車輛網(wǎng)絡(luò)不可或缺的一部分。
% E+ M* G8 w4 |4 @本文概述了空中、地面和水下車輛光無(wú)線通信的關(guān)鍵概念、進(jìn)展和未來(lái)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(jī)遇，可以為新型車輛通信系統(tǒng)的發(fā)展做出貢獻(xiàn)。
參考文獻(xiàn)
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