无线通信在雨天环境中的应用至关重要，例如车载通信，可靠且高速的数据传输对于安全和效率至关重要。传统射频（RF）通信在这种环境下面临诸多挑战，不仅频谱资源紧张，且容易受到天气的干扰。可见光通信（VLC）作为一种新兴的无线通信技术，凭借其高速率和抗电磁干扰能力强等优势，展现出广阔的发展前景。尽管VLC通常用于室内环境，但这些优势使其在室外环境中的应用越来越受到关注，特别是在车载通信方面。在户外VLC场景中，基于激光的自由空间光学（FSO）通信系统在应对雨、雪、雾等恶劣天气时仍面临严峻挑战。最近的研究表明，降雨显著影响了VLC系统中的信噪比（SNR）、误码率（BER）和数据速率，在恶劣天气条件下的性能急剧下降。模拟结果显示，随着降雨强度的增加，雨水的吸收和散射特性降低了接收信号强度，导致误码率上升，通信效果变差。大多数现有研究集中在VLC信道特性的理论模拟上，缺乏实验验证。
为解决上述问题，复旦大学田朋飞教授课题组，设计了一个3.38 m长的人工降雨通道，使用四种波长激光（405、450、520、650 nm）系统地测试不同降雨强度下的信号衰减特性；引入了正交频分复用（OFDM）调制算法，结合信道自适应比特加载和预均衡，提高系统抗衰减能力，首次在实验层面实现了雨天环境下30 Gbps的VLC系统。相关成果发表在Chinese Optics Letters 2025年第23卷第6期。
图1 基于激光的VLC系统在3.38 m雨环境信道中的实验装置及系统流程图
该研究旨在探索VLC在雨天环境中的性能瓶颈，并寻求突破高速无线通信的系统解决方案。研究人员开发了一种在人工雨环境中使用正交频分复用（OFDM）调制的高速VLC系统。首先，在雨通道中测量了波长分别为405 nm、450 nm、520 nm和650 nm的可见光激光的传输特性；随后，利用四个高调制带宽的激光器传输光信号，以实现高速数据传输。实验中使用了3.38 m长的雨室和雨发生器来模拟实验室中的户外雨天条件，如图1所示。研究结果表明，在雨天条件下，可见光的通信速率衰减受波长影响，波长越长，在大雨条件下衰减越小。
从实验结果可以看出，650 nm 激光在雨天环境中表现出最小的信号衰减，在小雨条件下实现了8.01 Gbps的最大数据速率和3.6 dB的低路径损耗，显示出其在可见光通信中的独特优势。系统在小雨环境中四波长波分复用数据速率超过30 Gbps。该研究突破了雨天环境对高速可见光通信系统的限制，实现了光通信在极端天气条件下的可靠传输，具有重要的理论和工程价值。该系统可广泛应用于车联网、智能交通等对高速无线传输有高需求的户外场景，不仅填补了高速可见光通信在雨环境下实验验证的空白，也为构建更鲁棒的VLC系统提供了切实可行的路径。下一阶段，研究团队计划将该系统拓展至室外雨雾天气下的动态测试，并探索与红外通信的联合增强机制。此外，还将开发更高带宽的激光器以支持多通道集成,服务智能交通与绿色通信发展，助力智慧交通建设。
田朋飞
复旦大学
作者简介
田朋飞，复旦大学教授、博导。华中科技大学学士、北京大学硕士、英国思克莱德大学博士。入选国家高层次人才计划、上海市东方英才计划、全球前2%顶尖科学家。长期致力于氮化镓基micro-LED研究。主持国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目。发表期刊和会议论文200余篇，国内外邀请报告30余次，出版5部专著，授权发明专利20项，主导制定2项团体标准。
（来源：爱光学）
