無線通信在雨天環境中的應用至關重要，例如車載通信，可靠且高速的數據傳輸對于安全和效率至關重要。傳統射頻（RF）通信在這種環境下面臨諸多挑戰，不僅頻譜資源緊張，且容易受到天氣的干擾。可見光通信（VLC）作為一種新興的無線通信技術，憑借其高速率和抗電磁干擾能力強等優勢，展現出廣闊的發展前景。盡管VLC通常用于室內環境，但這些優勢使其在室外環境中的應用越來越受到關注，特別是在車載通信方面。在戶外VLC場景中，基于激光的自由空間光學（FSO）通信系統在應對雨、雪、霧等惡劣天氣時仍面臨嚴峻挑戰。最近的研究表明，降雨顯著影響了VLC系統中的信噪比（SNR）、誤碼率（BER）和數據速率，在惡劣天氣條件下的性能急劇下降。模擬結果顯示，隨著降雨強度的增加，雨水的吸收和散射特性降低了接收信號強度，導致誤碼率上升，通信效果變差。大多數現有研究集中在VLC信道特性的理論模擬上，缺乏實驗驗證。 

為解決上述問題，復旦大學田朋飛教授課題組，設計了一個3.38 m長的人工降雨通道，使用四種波長激光（405、450、520、650 nm）系統地測試不同降雨強度下的信號衰減特性；引入了正交頻分復用（OFDM）調制算法，結合信道自適應比特加載和預均衡，提高系統抗衰減能力，首次在實驗層面實現了雨天環境下30 Gbps的VLC系統。相關成果發表在Chinese Optics Letters 2025年第23卷第6期。 

圖1 基于激光的VLC系統在3.38 m雨環境信道中的實驗裝置及系統流程圖

該研究旨在探索VLC在雨天環境中的性能瓶頸，并尋求突破高速無線通信的系統解決方案。研究人員開發了一種在人工雨環境中使用正交頻分復用（OFDM）調制的高速VLC系統。首先，在雨通道中測量了波長分別為405 nm、450 nm、520 nm和650 nm的可見光激光的傳輸特性；隨后，利用四個高調制帶寬的激光器傳輸光信號，以實現高速數據傳輸。實驗中使用了3.38 m長的雨室和雨發生器來模擬實驗室中的戶外雨天條件，如圖1所示。研究結果表明，在雨天條件下，可見光的通信速率衰減受波長影響，波長越長，在大雨條件下衰減越小。

從實驗結果可以看出，650 nm 激光在雨天環境中表現出最小的信號衰減，在小雨條件下實現了8.01 Gbps的最大數據速率和3.6 dB的低路徑損耗，顯示出其在可見光通信中的獨特優勢。系統在小雨環境中四波長波分復用數據速率超過30 Gbps。該研究突破了雨天環境對高速可見光通信系統的限制，實現了光通信在極端天氣條件下的可靠傳輸，具有重要的理論和工程價值。該系統可廣泛應用于車聯網、智能交通等對高速無線傳輸有高需求的戶外場景，不僅填補了高速可見光通信在雨環境下實驗驗證的空白，也為構建更魯棒的VLC系統提供了切實可行的路徑。下一階段，研究團隊計劃將該系統拓展至室外雨霧天氣下的動態測試，并探索與紅外通信的聯合增強機制。此外，還將開發更高帶寬的激光器以支持多通道集成,服務智能交通與綠色通信發展，助力智慧交通建設。 

田朋飛

復旦大學

作者簡介

田朋飛，復旦大學教授、博導。華中科技大學學士、北京大學碩士、英國思克萊德大學博士。入選國家高層次人才計劃、上海市東方英才計劃、全球前2%頂尖科學家。長期致力于氮化鎵基micro-LED研究。主持國家重點研發計劃、國家自然科學基金等項目。發表期刊和會議論文200余篇，國內外邀請報告30余次，出版5部專著，授權發明專利20項，主導制定2項團體標準。

（來源：愛光學）