[论文解读] Localisation, Communication and Networking with VLC: Challenges and Opportunities

Rong Zhang|arXiv (Cornell University)|Sep 6, 2017

Optical Wireless Communication Technologies参考文献 186被引用 8

一句话总结

本文全面概述了可见光通信（VLC）技术，重点探讨其在定位、通信和网络方面的集成。文章综述了VLC在高速数据传输、厘米级定位以及可扩展网络架构方面的最新进展，同时识别出关键技术挑战，并为5G及以后的应用指明了未来的研究方向。

ABSTRACT

The forthcoming Fifth Generation (5G) era raises the expectation for ubiquitous wireless connectivity to enhance human experiences in information and knowledge sharing as well as in entertainment and social interactions. The promising Visible Light Communications (VLC) lies in the intersection field of optical and wireless communications, where substantial amount of new knowledge has been generated by multi-faceted investigations ranging from the understanding of optical communications and signal processing techniques to the development of disruptive networking solutions and to the exploitation of joint localisation and communications. Building on these new understandings and exciting developments, this paper provides an overview on the three inter-linked research strands of VLC, namely localisation, communications and networking. Advanced recent research activities are comprehensively reviewed and intriguing future research directions are actively discussed, along with the identifications of a range of challenges, both for enhancing the established applications and for stimulating the emerging applications.

研究动机与目标

• 综合分析VLC研究在定位、通信和网络三个相互关联领域中的最新进展。
• 识别阻碍VLC在现实世界5G及以后场景中部署的关键技术挑战。
• 探索VLC在车载通信、设备到设备（D2D）通信以及水下通信中的新兴应用。
• 突出LED系统中照明与通信功能之间的协同效应。
• 概述利用VLC推动下一代无线连接与定位系统未来研究方向。

提出的方法

• 系统性回顾近期VLC相关文献与技术进展，重点关注链路级性能、定位精度与网络可扩展性。
• 分析VLC的信号处理技术，包括调制方案与多用户检测方法。
• 评估基于VLC的网络架构与跨层设计原则。
• 研究利用LED发射器与光电二极管接收器实现联合定位与通信系统的方案。
• 考察VLC系统中的实际限制因素，如多径效应、移动性以及硬件限制。
• 整合来自欧盟H2020、VLCC、OMEGA以及全球主要研究机构与研究中心的科研趋势。

实验结果

研究问题

• RQ1 在高速率通信中，VLC的当前性能极限与关键技术使能因素是什么？
• RQ2 VLC在室内环境中，特别是在三维环境中的定位精度与鲁棒性能达到何种水平？
• RQ3 从点对点链路扩展到多节点网络时，VLC面临的主要挑战是什么？
• RQ4 如何将VLC集成到未来的5G及后5G网络中，以补充基于射频（RF）的系统？
• RQ5 VLC在传统室内通信之外，最具前景的新兴应用场景有哪些？

主要发现

• 通过采用先进的调制与信号处理技术，VLC在实验室环境中已实现多吉比特每秒（multi-Gbps）的数据速率。
• 在室内环境中，基于LED的定位系统已实现亚厘米级的定位精度。
• 已开发出联合定位与通信系统，支持同时进行数据传输与高精度定位。
• 广泛部署的LED照明基础设施为低成本VLC网络部署提供了坚实基础。
• 在移动性支持、干扰管理以及非线性与带宽限制等硬件限制方面仍存在挑战。
• VLC正被积极整合进5G研究框架中，包括欧盟H2020计划，并正在探索其在车载通信、D2D通信以及水下通信场景中的应用。