一盏 LED 灯的第二份职业
照明、感知、通信的工业一体化

产业背景：光，为什么值得做

光通信正处于从实验室走向标准的拐点，而标准化的信号已经从学术圈传到了产业界。2023 年 11 月，IEEE（电气与电子工程师协会）802.11bb 正式批准——这是光通信接入 Wi-Fi 生态的第一个国际标准，它直接复用 802.11 的 MAC/PHY 框架，把"灯作为接入点"这件事从论文变成了可互操作的规范。但有一个细节值得先讲清楚：802.11bb 的工作波段是 800~1000nm 的近红外，不是可见光——商用 Li-Fi 选择近红外是为了"不可见"（不干扰照明观感），而真正使用可见光（400~790THz）的，是 IEEE 802.15.7 / ISO（国际标准化组织）8802-15-7 体系与学术界的研究链路（来源：IEEE 802.11bb-2023 / Wikipedia，2023-07 发布、2023-11 批准）。

这个细节对 LiSAC 意义重大：它把"可见光通信"和"Li-Fi"从名词上区分开了。近红外 Li-Fi 的优势是"光看不见、人不受打扰"，但它必须加装专用红外收发器；可见光 VLC 的优势是"复用照明本身"——不需要任何额外光源，灯光既是照明又是天线。LiSAC 走的是后者：用商用白光 LED 与碳点红光通道做全双工，把"照明+通信+定位"折叠进同一盏灯。产业界两条路线并行，而"复用照明存量"这一条，恰好是中国与学术界的强项。

先铺一层底：无线通信的一百年

要理解"光为什么值得做"，得先看无线通信是怎么一步步走到今天的。这条历史线决定了一个判断：频谱这件事，越往后越贵。

每一代移动通信，本质都在做同一件事：在更宽的频谱上，用更聪明的调制方式，传更多的比特。到 5G 为止，这条路的红利已经接近尾声——6G 必须"另开赛道"。

但表格只是骨架，真正值得懂的是"每一代到底在解决什么问题、留下了什么产业遗产"：

1G 解决"移动"：电话第一次离开线缆。代价是模拟信号——怕干扰、能窃听、频谱利用率极低，一个城市没几个用户就挤满了。它证明了一件事：人想要的是"随时随地能打电话"，这个需求值多少钱都行。产业遗产：蜂窝小区（Cell）这个概念本身——用"频率复用"把同一段频谱在不同小区重复使用，这一思想贯穿此后所有移动通信，也是今天"频谱是稀缺资源"这一判断的起点。

2G 解决"可靠"：把语音变成 0 和 1（数字调制），从此信号抗噪、加密、可漫游。GSM（全球移动通信系统）用一套标准统治了全世界十年，它确立的"基站+终端"商业模式至今未变。产业遗产：标准化的力量第一次显现——全球统一标准把终端成本打到最低，1995 年前后 GSM 手机价格两年内腰斩，出货量从百万级跃升到亿级。这个规律此后反复出现：哪一代标准最统一，哪一代出货量增长最陡。

3G 解决"上网"：网络从"为语音设计"变成"为数据设计"。但 3G 是过渡品——它试图在语音架构上加数据，结果是又贵又慢。它最大的贡献是让世界接受了"手机上网"这件事，并把移动互联网的商业模式探了出来：WAP（无线应用协议）门户、手机 QQ、彩信——今天所有"手机 App"的雏形都诞生在这一代。

4G 解决"效率"：把网络彻底扁平化（全 IP），并用 OFDM（正交频分复用）+ MIMO（多入多出）把频谱利用率推向物理极限。4G 之后，通信界的共识开始松动：频谱的红利快吃完了——同样的频谱，再也榨不出 4G 对 3G 那种量级的提升。产业遗产最大也最直接：移动支付、短视频、直播、网约车——所有"流量型"商业都在 4G 时代爆发，因为 4G 第一次让"单位比特成本"低到可以免费送流量。今天全球手机用户超 55 亿，其中绝大多数体验的仍是 4G 时代定义的应用形态。

5G 解决"新频段"：既然低频段挤满了，就去毫米波——频率高、带宽大，但穿墙差、覆盖贵。5G 开始，每一分速率的提升都伴随几何级数上涨的基建成本。这解释了图 1 里那条对数轴：速率曲线依然陡峭，但背后是越来越贵的频谱账单。5G 还第一次引入了"三大场景"的划分——eMBB（增强移动宽带）、URLLC（超可靠低时延）、mMTC（海量机器类通信）——产业界第一次承认：未来网络不再只有"手机上网"一个需求，机器与传感器将占连接的大头。这个划分是理解"光为什么值得做"的关键伏笔：机器类连接要的不是峰值速率，而是密度、确定性与成本。

6G 于是转向"换赛道"：标准组织明确把 ISAC（通感一体）、太赫兹、光接入列为新方向。注意"光接入"三个字——可见光的频谱空间几乎是免费的：从 430THz 到 790THz，人类可用的可见光波段带宽是全部射频频段总和的一万倍以上，而且它已经以照明的方式铺满了每一个房间。6G 的官方时间表（IMT-2030 框架）是：2027 年前完成研究阶段，2029 年前形成第一版规范，2030 年前后商用——从现在算还有四年，这正是"十五五"规划（2026-2030）与 6G 商用窗口完全重合的原因。

6G 对 ISAC 的期待，产业界已经落到了规范里。ETSI（欧洲电信标准化协会）的 ISG ISAC 在 2025 年连续发布三份规范——GR ISC 001（18 个用例）、GR ISC 002（信道模型）、GR ISC 004（安全与隐私），3GPP（第三代移动通信伙伴项目）的 Rel-21 预计 2028 年起展开规范工作（来源：ETSI ISG ISAC，2025-03 / 2025-08）。而光，天然就是"通"与"感"合一的物理载体：灯同时发光（通信）和照亮（感知的空间锚点）。

光通信的产业全景：从骨干网到最后一米

把视角从"技术"拉到"产业"，会看到另一条主线：光通信不是一条孤立的技术线，而是一条从核心到最后一米的完整产业链。LiSAC 的可见光通信是这条链的末端一环，但它能成立的前提，是前面每一环都已经被产业做成了成熟生意。这条链可以分成四段来看：

第一段：骨干传输——光纤光缆。这是光通信的地基。全球最大的光纤预制棒与光纤制造商是中国的长飞光纤（YOFC）：2026 年 OFC 展上它展示的空芯光纤（单盘 91.2km、衰减 0.04dB/km）代表下一代方向，2026Q1 净利润同比增长 226%。国际侧，康宁（Corning）是光纤与光学材料的全球巨头，2025 年光通信业务营收 63 亿美元、同比增长 35%，是英伟达 32 亿美元战略合作的对象。这一段的市场结构值得注意：光纤是"用量大、单价低"的规模生意——全球每年光纤需求量以亿芯公里计，光缆厂商的竞争力取决于产能与成本控制，而不是技术突破。技术突破（空芯光纤、多芯光纤）负责打开下一代的天花板，规模生产负责把今天的天花板压成地板价。这一段的逻辑是：信息流量先走光纤，光纤永远不够快，于是每一代都有新的光纤技术。

第二段：数据中心互连——光模块与共封装光学（CPO）。AI 算力爆发让数据中心内部的光互连成为全球最热的光通信战场。传统"可插拔光模块"（800G/1.6T/3.2T）仍供不应求，而下一代"共封装光学"（CPO，把光引擎与交换芯片封装在同一基板上）已被业界公认为 AI 与超算高密度互连的终极方案：博通的 Tomahawk 5-Bailly 是首个量产 CPO 交换机（功耗较可插拔降 65%）；英伟达的 Quantum-X / Spectrum-X 系列依赖台积电 COUPE 平台量产（2026 年 6 月 Spectrum-X 已量产）；英特尔、Marvell、Ayar Labs 等跟进。这一段的产业格局值得注意：架构定义权在美国（英伟达、博通），封装制造命脉在台积电，而中国企业在光模块与组件环节建立了全球最强的制造壁垒——全球光模块 TOP10 中中国厂商占 7 席：中际旭创（全球第一，2026Q1 营收 195 亿元、同比 +192%，客户覆盖英伟达/谷歌/亚马逊/微软/Meta）、新易盛（1.6T 加速放量）、天孚通信（FAU 光纤阵列/MPO 连接器龙头，英伟达与博通 CPO 方案核心供应商）、光迅科技、华工科技（全球首个 3.2T NPO 产品）等；上游光芯片环节，源杰科技（CW 激光器，数据中心业务 2025 年上半年收入同比 +1034%）、长光华芯（100G/200G EML 打破美日垄断）正在补"高端光芯片自给率不足 20%"的短板。为什么 LiSAC 要关心这一段？因为光模块的降价曲线就是 VLC 器件的先行指标：十年前 40G 光模块单价数千元，如今 800G 单价已低于千元——光器件"越用越便宜"的规律，同样适用于可见光通信的收发组件。

第三段：无线接入网——设备商把光装进基站。华为、中兴在 5G/6G 基站前传网络中部署 CPO 模块，把时延压到 1μs 以下，支撑超密集组网——光不只是数据中心的专利，它正在进入无线接入的每一个节点。全球基站市场（含华为、爱立信、诺基亚、中兴、三星五大设备商）年出货量以百万站计，每一座基站都有一对光模块连接基带与射频——"光进无线"不是趋势，而是既成事实。

第四段：最后一米——可见光通信。当光已经完成了骨干、数据中心、接入网的铺设，室内最后一百米还剩一个天然的光节点：灯。照明灯是唯一一个"已经通电、已经铺满、永远在线"的设施，而它至今只干了一件事——发光。这就是 LiSAC 所在的位置：光通信产业链的最后一米，也是唯一一段"用灯而不是用线缆"的光通信。这一段与前三段的本质区别：前三段要"铺新光"，最后一段只要"用旧灯"——当其他环节在比拼每比特成本时，最后一米的竞争逻辑是"零新增基础设施"。

这张表的读法：光通信的每一段都在解决"光怎么更靠近用户"——骨干解决跨省，数据中心解决机柜间，接入网解决基站前传，最后一米解决"灯下的设备"。LiSAC 站在最末端，也因此站在"复用存量照明"这一最便宜的扩张逻辑上。

6G 的波段版图：不同波段，干不同的活

一个常被忽略的事实：6G 不是"一个波段"，而是"一整张波段版图"。没有任何单一频段能通吃所有场景——这既是物理限制，也是产业分工的结果。把 6G 的频谱摊开，每个波段都有自己明确的使用场景：

图 3：6G 频谱融合场景版图（原图）——空天地海各场景对应的主导波段：卫星与空中平台、无人机、森林、海域由太赫兹/卫星承担；沙漠与城市由毫米波承担；广域覆盖由 Sub-6GHz 承担；室内由可见光承担。这张图是"场景决定波段、波段必须融合"的直观表达，也是 LiSAC"室内最后一米 + 频谱融合"定位的出处

这张图的产业含义有三层：其一，频谱是稀缺的——Sub-6GHz 优质频段早已分配完毕，毫米波覆盖贵，太赫兹器件难，每一段新频谱都对应一段新产业链；其二，场景决定波段——卫星、无人机、森林、海域这些"覆盖死角"恰恰是太赫兹和卫星的舞台，而室内高密度场景是可见光的舞台；其三，融合是必然——6G 的用户不会关心自己连的是哪个波段，网络必须让多种波段像一个网络一样工作，这就是"频谱融合"范式。

可见光在这张版图上的位置是"室内最后一米"：400~790THz 的可见光波段，带宽是全部射频频段总和的万倍以上，且以照明形式已经部署在每一个室内空间。它干不了广域覆盖（光不穿墙），也不需要干——它负责把室内高密度、电磁敏感、定位刚需的场景接住。这是 LiSAC 选择"光"作为接入手段的第一个产业理由：波段分工里，恰好剩了"室内最后一米"这个位置，而灯已经在那里了。

可见光通信的使用范畴：室内补充，而不是射频替代

先给可见光通信一个准确的身份：它是射频的补充，不是射频的替代。这个定位不是 LiSAC 自封的，而是 802.11bb 标准委员会和整个产业反复确认的。理由可以从三个维度看：

第一，物理属性决定了分工。光不穿墙——这是射频的缺点（信号互相干扰），却是光的优点：波束被墙体物理隔离，天然防窃听、防干扰、防电磁辐射。因此医院手术室、飞机座舱、军工与政府机房、金融交易室这些"射频受限或射频敏感"的环境，是光通信的第一批刚需场景。802.11bb 的立项文档里，EMI 敏感环境（电磁干扰敏感环境）被明确列为目标用例。

第二，标准定位决定了生态。802.11bb 不是另起炉灶，而是"在光上跑 Wi-Fi"：它复用 802.11 的 MAC/PHY 框架，规定单链路吞吐 10Mb/s~9.6Gb/s，工作波段 800~1000nm，并定义了与 Wi-Fi 之间的快速会话迁移（Fast Session Transfer）——设备在 Wi-Fi 与光之间无感切换。这意味着光接入可以像加装一个频段一样被装进现有 Wi-Fi 生态。这种"补充式"的标准化路径，本身就是产业对"室内补充"定位的背书。后续的增强版（802.11 ELC，即 802.11br）更进一步：扩展到 400~600nm 与 1200~1600nm 波段、引入 WDM 波分复用、支持测距（ranging）——注意，WDM 与测距正是 LiSAC 双波长全双工与 VLP 定位在标准里的同构设计。

第三，市场数据决定了节奏。VLC 市场从 2026 年 68.6 亿美元增长到 2031 年 385.7 亿美元（CAGR 41.25%）；Li-Fi 市场 2032 年预计达 356 亿美元量级；双向（全双工）系统以 41.47% 的 CAGR 追赶单向系统——产业正在从"单向广播式定位信标"走向"双向高速接入"，这正是 LiSAC 的 WDM 全双工路线所在的位置。

图 4：VLC/Li-Fi 标准演进时间线——2011 年 IEEE 802.15.7（首个 VLC 标准）→ 2019 年 ITU-T G.9991（直视光学网络）→ 2023 年 IEEE 802.11bb（近红外，进入 Wi-Fi 生态）→ 2025 年 ISO/IEC/IEEE 8802-15-7:2025（可见光 PHY/MAC 现行版）→ 802.11br ELC 扩展波段与 WDM/测距。标准化的"密度"在 2023-2025 年突然加快，这是产业拐点的最硬信号IEEE / ISO / ITU-T 官方记录，2026-08 整理

图 5：可见光通信演示——数据调制在 LED 灯光上传输，接收端用光电探测器解调。注意它与 Wi-Fi 的本质差异：传输介质是"灯"而不是"天线"，这决定了它天然是室内场景的补充式接入Wikimedia Commons，CC 许可

名词档案 · VLC 的历史：从贝尔光电话到 802.11bb

光的通信历史比无线电更长——1880 年贝尔发明"光电话"（Photophone），用反射镜调制阳光传输语音，比无线电语音传输早了整整二十年。贝尔自己认为这是比电话更重要的发明。这个细节值得记住：光的通信不是新东西，人类只是在一百年后才找到"用灯来做"的正确姿势。

图 6：贝尔 1880 年发明的光电话（Photophone）——用镜子反射阳光携带语音信号。光通信的历史起点比无线电更早，而"用可见光传数据"的念头也在此刻种下Wikimedia Commons，CC 许可

这条历史的读法：VLC 每二十年完成一次跃迁——1880 年证明"光能传话"，2003 年证明"灯能通信"，2011 年证明"它能标准化"，2023 年证明"它能进 Wi-Fi 生态"。LiSAC 站在 2023 年之后的产业位置：生态已就绪，缺的是把链路做成实物。

国际产业版图：谁在押注光

光通信的产业格局可以用一句话概括：欧洲做标准与技术源头，美国定义 AI 光互连架构，中国占据制造与市场规模，日本深耕 VLC 最早。逐一说清楚：

欧洲是 Li-Fi 的技术源头与标准引擎。Fraunhofer HHI（德国柏林，1928 年成立）是 802.11bb 的技术编辑单位，其光通信与光子集成实力（InP 代工、薄膜铌酸锂、145GHz 光电探测器）支撑了 Li-Fi 收发器的产业供给；pureLiFi（英国爱丁堡，由"Li-Fi 之父"Harald Haas 于 2012 年创立）是 802.11bb 工作组主席单位，2025 年 MWC 发布 LINXC Bridge（100 并发用户、千兆聚合吞吐），2026 年 3 月发布五分钟自装的穿窗单元 Bridge XC Flex，累计融资超 3,000 万英镑；Signify（荷兰，飞利浦照明更名而来）的 Trulifi 系列已部署 150+ 全球站点，2025 年 6 月其 Trulifi 6004 通过美国 NIST FIPS 140-3 加密认证，打开了政府与国防采购大门；法国 Oledcomm 2024 年达到 2Gbps 演示速率，2025 年 11 月获法国国家航天局 CNES 的星间激光终端合同；法国 Latécoère 把 Li-Fi 硬件集成进飞机座舱结构，提供座位级千兆服务。

美国定义架构，也定义采购。英伟达、博通主导 CPO 光互连架构（见上文产业全景）；Acuity Brands 把 Li-Fi 装进照明+分析平台并与 Walmart 合作货架边缘自动化；美国国防与政府部门的加密采购路径（FIPS 140-3）成为 Li-Fi 最确定的增长通道。

日本是 VLC 的最早实践者。庆应义塾大学中川研究室 2003 年开创"LED 照明+通信"，其商业化公司 Nakagawa Laboratories 至今活跃；NTT Docomo 在 6G 新无线网络拓扑（NRNT）研究中明确把 VLC 作为 6G 室内组件集成。

印度与新兴市场用成本方案切场景。Velmenni（新德里，2012 年成立）提供运营商级 FSO+Li-Fi 平台与红外回传产品，主攻亚太与中东的成本敏感项目。

中国企业的入局方式与欧美不同：不是从"通信"切入，而是从"LED 芯片"切入。三安光电把通信带宽做进了 LED 芯片规格书——其 Micro LED 光通信芯片 3dB 调制带宽超过 7GHz（联合清华大学、中国移动），同时 400G/800G 光通信芯片批量出货、1.6T 光芯片送样、6 英寸 InP 产线产能从月产 2750 片扩至 6000 片——一条产线同时供照明芯片与通信芯片，这正是"灯载通信"在供应链端的注脚；京东方华灿（Micro LED 量产线，光通信模块样品已交付海外头部客户）、聚飞光电（400G SR/800G SR8 光引擎持续出货）、利亚德（与中科院合作 LiFi 光通信系统研发）紧随其后。这条链的意义：当照明芯片厂开始把"调制带宽"当卖点，VLC 的器件成本曲线就会复制 LED 过去二十年的降价曲线。

我国现状：从国家重点研发计划到"十五五"产业行动

中国的可见光通信不是跟随者，而是与欧美同时起步的并行者。2008 年，中国科学院半导体研究所依托"固态照明信息网（S2-Link）"知识创新工程重要方向性项目启动 VLC 研究——与美国、欧盟同年。此后的事实链足够说明分量：

科研国家队：中科院半导体所团队是"没有海归人员的本土科研团队"，2014 年开创性地提出用均衡手段拓展 VLC 系统带宽，2023 年把荧光型 LED 的系统带宽从 8MHz 拓展到 893MHz、OOK 速率 1.9Gbps@7m（平均误码率 3×10⁻⁵）；2017 年该团队陈雄斌博士担任国家重点研发计划"可见光通信关键技术及系统研发"项目首席科学家；该所已是中国核工业集团的可见光通信设备合格供应商，并承接航天科技集团项目。

高校研究组：复旦大学迟楠团队（2008 年创立泛光通信实验室，迟楠现任复旦大学信息科学与工程学院院长、国家杰出青年科学基金获得者、OSA Fellow）连续创造单芯片世界纪录：4.5Gbps（2015）→ 15.1Gbps（2019）→ 20.5Gbps（2024），并研制出超 600Gbps 的可见光光互连系统样机；2024 年 11 月获中国通信学会科学技术奖（自然科学类）一等奖，成果已在中国电信、中国移动得到验证和应用。注意：迟楠团队 2014 年的成像 MIMO 实验（预均衡增益 7.5~9.4dB、功率平坦度压到 1dB）正是本报告 3.3 节 MIMO 与预均衡决策的直接文献锚点。

标准与产业定位：2021 年，可见光通信被我国 6G 推进组（IMT-2030(6G) 推进组）定义为 6G 潜在关键技术之一；2022 年，深圳市把可见光通信列入 2022-2025 产业行动计划。到 2026 年，"十五五"开局之年，政策定位进一步明确——从国家纲要到广东、广州、河南、浙江、武汉等多个省市，"可见光通信"密集写入五年规划（详见下文政策版图小节与表 6）。

政策版图：从国家纲要到省市行动

"十五五"开局之年，光通信第一次以系统性篇幅进入从国家到省市的多级五年规划。国家层面，《"十五五"规划纲要》（2026 年 3 月 13 日公布）提出"适度超前建设新型基础设施"，明确三件事：深化 5G、千兆光网规模部署，推进 5G-A、万兆光网与 6G 技术创新；统筹建设卫星通信、导航、遥感系统，加快低轨卫星互联网组网；深入推进"东数西算"，构建全国一体化算力网。信息通信业在"十五五"纲要中承担十一项任务，"新一代通信网"首次与算力网并列进入国家战略基础设施清单。2025 年 12 月，中国向 ITU（国际电信联盟）申请新增 20.3 万颗卫星（星网、垣信等 7 家主体、14 个星座）——从频轨资源看，中国低轨星座已经"锁位"。

地方层面，广东是最先点名可见光通信的省份，但远不是唯一。把各省份的表述摊开，能看到一条清晰的"政策传导链"——从国家纲要的"6G 技术创新"，到广东省的"加快发展高速全光通信与可见光通信"，再到广州、深圳、浙江、河南等地的具体落地：

图 7："十五五"规划中的光通信/6G 政策：国家与主要省市发布时间线——国家纲要（2026-03）→ 广东（2026-04）→ 河南/广州（2026-05）→ 浙江信息通信业规划（2026-07），武汉"十五五"规划建议（2025-12）更早布局世界光谷各省政府公报，2025-12 ~ 2026-07

广东的表述为何关键？广东省"十五五"规划纲要（2026 年 4 月 28 日印发）提出"加快发展高速全光通信与可见光通信，推动 5G-A、6G、太赫兹以及卫星互联网等第六代移动通信技术融合创新发展，实现'空天地'无缝覆盖，满足'人机物'无限连接需求"——这是可见光通信首次以"并列领域"身份进入省级五年规划正文，且与信能共传、光载太赫兹、星间光通信等 6G 技术攻关并列。广东省拥有全国最完整的 LED 照明产业链（深圳、中山古镇、惠州），"可见光通信"写入省级规划，本质是把存量照明产能升级为通信产能的政策信号。更具体地看：广东的表述把"全光通信"与"可见光通信"分开列出——前者指光纤网络（万兆光网入户入企），后者指灯光通信（室内接入与感知），两者构成"光到最后一米"的完整链条，这是全国省级规划中最完整的"光"表述。

广州市的表述更进一步。广州市"十五五"规划纲要（2026 年 5 月 29 日）把"重点发展高速全光通信、算力网络、光计算与可见光通信"与"超高速光电太赫兹通信、空天地海一体化通信组网、异质异构光电子集成"并列，将可见光通信放进 6G 技术攻关矩阵——城市级规划对可见光通信的定位，已经从"未来产业备选"变成"6G 技术清单成员"。注意"异质异构光电子集成"这个词：它要求把发光器件、探测器件、驱动电路集成在同一芯片上——这正是 VLC 收发器走向量产的技术路径，广州的规划等于把"VLC 芯片化"写进了技术攻关清单。

河南省的表述最贴近"网络基础设施"。河南省"十五五"规划纲要（2026 年 5 月 25 日）提出：千兆光网全面普及、万兆光网创新发展；加速 5G-A 商用和 6G 应用验证；400G/800G 高速光传输、全光交叉（OXC）与灵活以太网（FlexE）组网试验；超前布局卫星互联网与量子通信。河南没有直接点名"可见光通信"，但"万兆光网创新发展"与"全光网络"的表述，为 VLC 作为"光网延伸"提供了省级政策入口。河南的读法是：中部省份正在用"全光"作为产业升级抓手，光通信的政策竞争已经从沿海蔓延到内陆。

浙江省以"信息通信业专项规划"的形式落地，量化目标最具体。浙江省信息通信业发展"十五五"规划（2026 年 7 月 31 日）提出创新 6G 技术、力争打造"6G 第一城"，目标 2030 年建成 50G-PON（50 吉比特无源光网络）端口超 15 万个、千兆宽带覆盖 1.4 亿户、智能算力 450 EFLOPS（每秒 450 百亿亿次浮点运算）、卫星通信用户 100 万户，并明确提出打造"千亿级网络通信产业链"——这是全国省级规划中对 6G 产业规模最具体的目标设定。

深圳与武汉：产业基因决定的切入方式。深圳早在 2022 年就把"可见光通信与光计算"列入 8 大未来产业（与脑科学、量子信息并列，定位 10-15 年培育期）——深圳的底气来自完整的光电子产业链：从 LED 芯片（三安光电深圳基地）、光模块（中际旭创深圳基地）到终端制造，全国最完整的"光"产业链在深圳闭环；武汉"十五五"规划建议（2025 年 12 月 22 日）明确"高水平打造世界光谷"，建设光谷科技创新大走廊——武汉的底气来自中国信科（烽火通信+大唐）、长飞光纤两大央企总部，光电子产业规模占全国约 20%。两座城市的共同点：政策不是"凭空提出"光通信，而是为已有的产业存量寻找新增长曲线——这对 LiSAC 的意义是：地方政策鼓励的是"用存量产业做新东西"，与项目"复用存量照明"的路线同构。

这张表的读法：政策从"国家定调"到"省市落地"逐级细化——国家给方向（6G 创新、新基建），广东给名单（可见光通信进入并列领域），广州/浙江给技术清单与量化目标，深圳给培育周期。LiSAC 恰好落在"政策已经点名、产业尚未成型"的窗口期。

"十五五"新一代通信网：LiSAC 的国家叙事位置

2026 年是"十五五"开局之年。2026 年 4 月底，中共中央政治局会议部署规划建设"六张网"——水网、新型电网、算力网、新一代通信网、城市地下管网、物流网——新一代通信网被纳入国家战略基础设施重点布局。2026 年 7 月 20 日国新办发布会上，工信部信息通信管理局局长谢存对"新一代通信网新在哪里"给出官方定义，即"四新"：

其一，连接对象之新：从传统个人用户拓展到人、机、物、具身智能等多元主体——意味着"万物接入"成为刚需，室内高密度设备接入（AGV、传感器、手持终端）正是 LiSAC 终端三网协同面对的对象；其二，覆盖范围之新：突破传统地面限制，向空天地海一体化全域覆盖拓展——上一节那张 6G 波段版图，就是这个"空天地海"的技术注脚；其三，连接能力之新：确定性、稳定性大幅提升，满足行业应用差异化需求——工业场景要的不是"尽量快"而是"必须稳定"，这正是光链路物理隔离、低抖动属性的用武之地；其四，网络功能之新：由单纯信息传输向通信、感知、计算、智能、安全多能力深度融合演进——"通感算智安"融合，对应的正是 LiSAC 里"一束光同时干通信与定位"的 ISAC 设计。

产业基座数据（截至 2026 年中）：我国 5G 基站达 510.2 万个，具备千兆能力的 10GPON 端口 3286 万个，5G-A 已覆盖 330 个城市，5G 行业虚拟专网超 8 万个，5G 工厂 1260 家，5G、千兆光网应用融入 94 个国民经济大类；6G 方面，我国已完成第一阶段技术试验、形成超 300 项关键技术储备，批复 6GHz 频段试验频率，紫金山实验室搭建全球首个 6G 通智感融合外场试验网，并计划到 2029 年形成一批自主创新的 6G 技术方案。

卫星互联网是"新一代通信网"的另一半：低轨星座进入发射加速期。2025 年全球共 329 次航天发射，其中低轨互联网任务 152 次（占 46%）、发射卫星 3448 颗；美国 130 次任务中星链占 122 次（3167 颗）、柯伊伯 7 次（180 颗）；中国完成 22 次商业低轨发射。星座规模上，中国星网 GW 星座规划 12992 颗（A59 子星座 6080 颗，500km 以下极低轨道；A2 子星座 6912 颗，1145km 近地轨道），截至 2025 年底在轨组网 136 颗、2026 年 4 月底达 168 颗，按 ITU 要求须在 2029 年 9 月前完成 1300 颗部署；上海垣信"千帆星座"截至 2026 年 6 月 5 日在轨 200 颗，年内启动全球初步覆盖；SpaceX 星链在轨超过 7000 颗，2025 年营收 150-160 亿美元、利润约 80 亿美元。

图 8：2025 年全球航天发射结构——329 次发射中低轨互联网任务占 46%（152 次、3448 颗卫星）；星链 122 次（3167 颗）、柯伊伯 7 次（180 颗）、中国商业低轨 22 次华龙证券等公开统计，2026

图 9：低轨星座对比（规划规模 vs 在轨数量，2026-06）——星链在轨超 7000 颗（规划约 1.2 万）；中国 GW 星座规划 12992 颗、在轨 168 颗；千帆星座规划约 1.4 万颗、在轨 200 颗；柯伊伯规划 3236 颗、在轨 180 颗。中国两个星座的"规划-在轨"剪刀差，就是 2026-2029 年的发射加速窗口ITU 申报 / 星网、垣信官方发布 / SpaceX 统计，2026-08 整理

这对 LiSAC 意味着什么？卫星互联网解决的是"广域覆盖"，而可见光通信解决的是"室内最后一米"——两者是空天地海一体化的两端，中间靠地面网络衔接。更直接的相关性是：低轨星座的规模化发射正在耗尽"看得见的频谱叙事"——太赫兹、激光星间链路、可见光接入是 6G 候选技术里仅有的几个"新频谱"，产业界对它们的关注度随星座组网同步升温。卫星侧（星间激光、星地光通信）与室内侧（VLC/Li-Fi）共享同一套光电芯片与调制技术栈，这与 3.1 节碳点荧光粉、3.3 节 MIMO-OFDM 均衡器的选型逻辑同源。

LiSAC 在这张国家叙事里的位置是明确的：新一代通信网明确"光通信"是室内覆盖与感知融合的关键组成（万兆光网入户入企、空天地海立体组网），而"室内最后一米"与"通感融合"恰好是可见光通信的两张入场券。LiSAC 用一条全商用、可复制的实物链路，回答的正是"四新"里"连接能力确定性"与"网络功能多能力融合"这两条在室内场景的具体形态——灯既是接入点，也是感知锚点。

学术前沿：纪录在实验室，瓶颈在货架

政策把赛道划好了，接下来看学术研究把技术跑到了什么速度、以及离货架还有多远。过去四年，中国团队在可见光通信的速率纪录上连续刷新，且呈现一个鲜明特征：纪录全部由特种器件创造，而商用照明器件的带宽从未跟上。两条曲线的"剪刀差"，正是 LiSAC 存在的物理理由。

学术前沿三则（2022-2026）：其一，复旦迟楠团队与南昌大学江风益团队合作，把硅基 GaN（氮化镓）Micro-LED 同时用作发射与探测器件，实现 10Gbps 可见光通信（Photonics Research，2022）——"灯既能发信号也能收信号"证明了单器件全双工的可行性，这正是 LiSAC 双节点 WDM 全双工架构的器件级注脚；其二，南京大学刘斌团队2026 年 2 月在 Science Advances 报道电泵浦 GaN 单模微腔激光器：-3dB 调制带宽超 4GHz、单模光功率 20mW 以上、实现 6Gb/s NRZ 传输——半导体激光器进入可见光波段后，速率天花板从 Mbps 量级跳到 Gbps 量级；其三，三安光电联合清华大学与中国移动研发 Micro LED 光通信芯片，3dB 调制带宽超过 7GHz——产业级 LED 芯片厂开始把"通信带宽"写进芯片规格书，这是 VLC 从实验室器件走向工业器件的信号。

把近四年的纪录摊开成一张表，能看清学术前沿的真实结构：纪录是两条器件路线接力创造的，而商用照明 LED 从不参与。LED/micro-LED 线靠"多波长并行"堆容量（2019 年五基色 LED 15.17 Gbit/s → 2022 年三基色 micro-LED 25.2 Gbit/s → 2023 年八基色 LED 阵列 31.38 Gbit/s → 2024 年 304 通道 micro-LED CMOS 收发芯片展示 Tbit/s 级潜力）；激光二极管（LD）线靠"受激辐射的大带宽"直接冲速率（2022 年三色激光器 46.4 Gbit/s、WDM-OAM 复用系统 805 Gbit/s 且频谱效率达 50.3 bit/(s·Hz)，2025 年 50 波长 WDM 系统刷到 601.46 Gbit/s）。两条路线的共同点：micro-LED 需要专用工艺产线，LD 是激光不是照明——它们证明"光能传多快"，却都上不了商用照明的货架。这正是 LiSAC 材料线的空位（来源：迟楠等，《光学学报》2025 特邀综述，表 1/表 2 精选）。

读法：LED 线靠"多波长并行"（WDM）堆容量，LD 线靠"大带宽器件"冲速率，两条路线都由特种器件创造纪录；而市售白光 LED 的调制带宽从未超过 20MHz——这张表就是 LiSAC"碳点荧光粉路线"的产业依据：商用照明灯的天花板不是物理极限，而是材料选择。（来源：迟楠等，《光学学报》2025 特邀综述）

学术前沿的版图还在向"空天地海"扩张——这正是 6G 把 VLC 列进候选名单的原因。综述对未来展望的五条主线里，四条已经走出实验室：其一，超高速可见光互联——数据中心短距互连里，短波长可见光在硅材料中吸收特性优良，便于做低功耗高灵敏的芯片级接收，50 波长 WDM 系统即以此为场景；其二，星间与星地通信——可见光波长短、束散角小、器件禁带宽度大、抗高能射线干扰强，被视为未来天基通信的重要设备；其三，水下高速通信——蓝绿波段位于水下透射窗口，可见光在水质清澈的远洋可传数十至数百米，是对水声通信（kbit/s 级）的数量级替代；其四，通信感知一体化——利用通信信号的已知特性反推环境（室内定位、湍流感知、水体浑浊度探测）。这条版图对 LiSAC 的意义：室内最后一米不是 VLC 的终点，而是它进入 6G 多场景叙事的起点——LiSAC 的"照明+通信+定位"正是第四条主线在室内的最小物理形态。（来源：迟楠等，《光学学报》2025 特邀综述，第 4 节）

器件光谱的另一个事实：商用照明 LED 的带宽瓶颈依然存在。上述纪录全部来自特种器件（Micro-LED、微腔激光器），而市售白光 LED 的调制带宽普遍低于 20MHz——这正是 LiSAC 3.1 节选择"碳点荧光粉 + 均衡器兜底"路线的原因：不等特种器件降价，先让存量照明 LED 把 25Mbps/3Mbps 的全双工链路跑起来。学术纪录证明的是"光能传多快"，LiSAC 证明的是"现成灯能传多快"——两者不矛盾，前者是后者的上限背书。

图 10：单链路速率纪录（对数轴）——Fraunhofer 2009 年 125 Mbit/s（5 米白光 LED）→ 2010 年 513 Mbit/s（DMT）→ 2012 年实验室超 1 Gbit/s → 复旦成像 MIMO（2014）与单芯片纪录 15.1 Gbps（2019）→ 复旦×南昌大学硅基 GaN Micro-LED 作探测器实现 10 Gbps（2022）→ 复旦单芯片 20.5 Gbps（2024）→ 南京大学 GaN 单模微腔激光器 6 Gb/s NRZ（2026）。学术界的速率上限每隔几年翻一倍，而商用照明 LED 的 20MHz 带宽从未变过——这中间的"缝隙"就是 LiSAC 这类工程化系统的舞台Fraunhofer HHI / Photonics Research 2022 / Science Advances 2026 / 复旦公开报道

学术界同时回答了另一个问题：定位（VLP）能不能用现成的灯来做。IEEE 综述的结论是：可见光定位（VLP）精度可达 10~20cm，接近 UWB（超宽带）水平，但复用照明基础设施、无新增成本；Wi-Fi 指纹定位精度低且依赖建库。这一结论直接支撑了 LiSAC 的"多灯 RSS 定位"设计（3.4 节）——学术界的结论是"能"，工程化的问题才是 LiSAC 要解决的。

频谱融合：LiSAC 的范式设计

把前面的产业图景收拢成一个设计范式，就是"频谱融合"：不让任何一个波段单打独斗，而是让射频、光、定位在同一个控制面下协同，按场景自动选择最优介质。这个范式不是 LiSAC 发明的，而是 6G 学术与标准界正在收敛的共识——但 LiSAC 把它做成了实物：

学术与标准的四个注脚：其一，6G 光-无线收敛（Wireless and Optical Convergent Access）综述明确"无线与光学的收敛是 6G 基础设施的根本步骤"——FiWi（光纤-无线）、RoF（射频 over 光纤）、FSO、VLC 被设计成同一张网；其二，混合载波通信（MCC）提出在同一波形上同时承载宽带接入、低速率 IoT、无源感知与定位四种服务——"一谱多服务"；其三，NTT Docomo 的 6G 新无线网络拓扑（NRNT）把 VLC 作为室内组件直接集成进 6G 拓扑；其四，802.11bb 通过复用 Wi-Fi MAC 与快速会话迁移，让光与 Wi-Fi 在设备侧无感协同。这些工作的共同指向：频谱融合不是"把波段拼在一起"，而是"让多波段像一条网"。

LiSAC 的工程落地：在 02 节与 3.6 节会看到，LiSAC 终端同时挂三条链路——LTE Cat.4（广域）、Wi-Fi（局域）、光链路（VLC），用 3GPP ATSSS 的务实版本统一调度：光链路可用且质量好时走光（带宽大、时延稳、安全），光链路越出覆盖窗口时无缝切到 Wi-Fi/LTE。这不是"三种技术的拼接"，而是一个控制面对多介质的统一调度——这正是频谱融合范式在终端侧的形态。同时，VLP 定位把"感知"折叠进同一束光：接收端看到哪盏灯，就知道自己在哪个格子里。于是 LiSAC 的频谱融合 = 通信上多波段协同（ATSSS）+ 感知上光频段复用（VLP）+ 物理上全双工（WDM 双波长）。

一句话总结 LiSAC 的范式主张：产业已经把光铺到了最后一米（灯），标准已经把光纳入了 Wi-Fi 生态（802.11bb），政策已经把光写进了"十五五"规划——剩下的事情，是把"灯下设备"的接入与定位做成一条全商用、可复制的实物链路。别人在标准里写范式，LiSAC 用实物把范式跑起来。

市场规模：六家机构的口径都指向同一个答案

政策划赛道、学术证可行性之后，市场数据回答最后一个问题：这件事值多少钱。如果 VLC 只是学术玩具，市场规模数据会支离破碎；如果它是真实产业，不同机构的统计口径会各自独立地收敛到同一个量级。市场的检验结果如下：

市场规模验证了同样的判断。Mordor Intelligence 2026 年 1 月更新报告显示，全球可见光通信市场将从 2026 年的 68.6 亿美元增长到 2031 年的 385.7 亿美元，五年复合增速 41.25%；其中 LED 器件占组件份额的 43.78%，亚太是最快增长区（来源：Mordor Intelligence，2026-01）。值得强调的是，这一口径并不孤例：六家独立机构对 VLC/Li-Fi 市场的预测全部落在同一区间。

图 11：六家机构对 VLC/Li-Fi 市场的预测（终点年份与口径不同，统一折算为当年规模）——Mordor（VLC，2031 年 385.7 亿美元）、ResearchNester（VLC，2026 年 79.3 亿美元）、SNS Telecom（VLC，2035 年 704.5 亿美元）、Precedence（Li-Fi，2035 年 511.2 亿美元）、Straits Research（Li-Fi 设备，2034 年 146.9 亿美元）、Growth Market Reports（VLP，2030 年 91.9 亿美元）——所有口径都指向同一个结论：这不是一个 PPT 市场Mordor 2026-01；ResearchNester 2025-11；SNS 2025-08；Precedence 2025-10；Straits 2025-11；Growth Market Reports 2025

六家机构的差异值得细读，因为它正好对应产业的两条路线。其一，口径之争：VLC 还是 Li-Fi？Mordor 与 SNS 统计"可见光通信"（含 VLP、水下光通信等全部应用），Precedence 与 Straits 统计"Li-Fi"（特指高速双向接入）——Li-Fi 口径 2034/2035 年约 150~510 亿美元，VLC 口径 2031/2035 年约 390~700 亿美元，Li-Fi 是 VLC 的子集而非平行市场，两条曲线相差约 2 倍正是"接入 vs 全应用"的差距；其二，器件先行：Straits 的 Li-Fi 设备口径从 2025 年 6.42 亿美元起算、十年 CAGR 41.6%——设备是产业链最先放量的环节，2025 年正是设备出货的起点年。

数据说明：LED 照明市场体量是 VLC 的 ~15 倍——灯载通信的物理载体已经铺满全球，这决定了 VLC 的部署边际成本趋近于零。多机构口径在 40-46% 区间收敛，交叉验证了"41.25% 不是单一机构的口径"。

图 12：VLC 市场结构（Mordor，2025 口径）——组件端 LED 器件占 43.78%；传输方向单向系统占 66.83%（双向以 41.47% CAGR 追赶）；应用端消费电子 28.29%、医疗 27.17% 居前；区域端北美 37.49%、亚太 24.42% 且以 42.27% CAGR 增速最快Mordor Intelligence，2026-01

图 13：VLC 增长的驱动与约束（Mordor 量化口径）——驱动端：LED 替换周期 +8.5%、射频敏感环境刚需 +7.2%、智慧路灯 +6.8%、零售定位 +5.9%、Li-Fi 作为 6G 回传候选 +4.7%；约束端：每灯改造 200-500 美元 -3.4%、互操作标准缺失 -2.8%、环境光干扰 -2.1%、驱动 IC 供应链 -1.9%Mordor Intelligence，2026-01

驱动的排序值得注意：排在前两位的不是"更快"，而是"替换周期"与"安全合规"。LED 替换周期（+8.5%）意味着每一轮灯具更新换代都自动变成 VLC 的安装窗口——灯具本来就是十年一换的资产，通信能力只是附加属性；射频受限环境（+7.2%）是政策与合规驱动的刚性需求，医院、飞机、政府机房的采购不受经济周期影响。这两个驱动的共同特点是：它们不要求 VLC 打败射频，只要求 VLC 出现在灯里——这正是 LiSAC"照明+通信一体化"路线的市场面逻辑。

约束端的排序同样说明问题：最大的约束不是技术，而是改造与标准。单灯 200-500 美元的改造成本对存量市场是真实的门槛，但它只约束"改造存量"，不约束"新建即装"——新建工程中灯具与通信一并设计，边际成本趋近于零；互操作标准缺失（-2.8%）已在 2023-2025 年因 802.11bb、802.15.7-2025、ITU-T G.9991 的密集发布而开始解除。四个约束里，三个是时间问题，一个是成本结构问题——而 LiSAC 用全商用模块的成本结构，直接回答的就是最后一个。

图 14：全球可见光通信市场规模（亿美元）——2026 至 2031 年复合增速 41.25%Mordor Intelligence，2026-07

而工业无线恰恰缺一个"够用又不折腾"的接入方案。HMS Networks 2026 年报告给出一个反直觉的数字：工业网络新装节点中，无线只占 7%，工业以太网占 79%。私有 5G 在工厂推进缓慢，最大障碍不是性能而是部署复杂度。无线在工业里的机会恰恰在"简单"：AGV/AMR 调度、IIoT 传感器汇聚这类场景，需要的不是 1ms 级时延，而是低成本、高可靠的连接（来源：HMS Networks，2026）。

图 15：多条相关赛道的增速对比（CAGR，%）——VLC 与 VLP 显著高于照明存量市场，且二者共享同一物理载体Mordor 2026-07；Growth Market Reports 2025；Grand View 2025；Valuates 2025

图 16：工业网络新装节点构成（2026）——无线渗透率仅 7%，这就是工业接入方案的空白地带HMS Networks，2026

图 17：城市 LED 路灯——全球照明存量已经完成 LED 换代（2025 年市场规模 1,069 亿美元），"会发光的灯"本身就是一个待接线的网络。这就是 LiSAC 选择光作为接入手段的物理底座Wikimedia Commons，CC 许可

把这一章的线索收拢成三条：政策、市场、学术，指向同一个窗口期。政策线上，"十五五"开局之年，国家纲要与广东、广州、河南、浙江、武汉等省市规划密集点名光通信与 6G，且国家同步申请 20.3 万颗低轨卫星频轨——"空天地海"的叙事从文件走向工程；市场线上，六家独立机构对 VLC/Li-Fi 市场的预测在 41%~46% CAGR 区间收敛，驱动端排序显示增长不依赖"打败射频"而依赖"灯里出现通信"，约束端四个障碍里有三个是时间问题；学术线上，单链路速率纪录十年翻了三个数量级（125 Mbit/s → 20.5 Gbps），产业级 LED 芯片厂开始把调制带宽写进规格书，而商用照明 LED 的 20MHz 带宽从未变过。三线交汇的结论是：政策在等产品、市场在等标准、学术在等工程——LiSAC 恰好在三者交界处，用一条全商用、可复制的实物链路占住这个位置。但"占住位置"的前提是先说清楚一件事：6G 到底要什么，LiSAC 在其中验证什么。这正是下一章的任务——02 节将先给出 6G 的顶层设计（ITU-R IMT-2030 框架），再讲 LiSAC 从六大场景里挑出哪两条主攻原则来验证，最后落成系统结构。

6G 范式与 LiSAC 的使命：要验证什么，先看清 6G 要什么

01 节回答了"为什么是现在"：政策、市场、学术三线交汇，窗口期已经打开。02 节回答的问题是——LiSAC 到底在验证什么。答案不在 LiSAC 内部，而在 6G 的顶层设计里：ITU-R 于 2023 年 11 月通过的 IMT-2030 框架建议书（M.2160）把 6G 定义为六大应用场景与 15 项关键能力的集合，中国 IMT-2030（6G）推进组则把潜在技术收敛为十大关键技术。LiSAC 的立场是：不追求覆盖六大场景的全部指标，而是从中挑出与"工业室内接入"直接相关的原则，用一条真实链路逐条验证——这就是本项目与"论文式 6G 研究"的分野。

本章将沿四条主线展开，每条主线对应一个递进的问题：（1）6G 的顶层设计长什么样——六大场景、15 项能力指标，以及中国推进组的十大关键技术，这是"6G 要什么"的权威答案；（2）LiSAC 从中挑出两条主攻原则——频谱融合与通感一体，每条都有官方定义与数据锚点，其余场景只作背景存在；（3）原则如何变成系统决策——每一项选型都回答"它验证了哪个范式、它如何融入主流频谱生态"，这两条原则恰好对应 03 节的 3.4 与 3.6 两个模块，其余模块围绕它们展开；（4）系统最终落成的形态——一根地基（IM/DD）+ 四层结构（L1-L4）+ 一张参数表。四个问题的答案加起来就是本项目的一句话使命：用一条全商用、可复现的实物链路，把 6G 范式中与工业室内接入相关的部分，从标准文本变成能跑起来的东西。

6G 的顶层设计：从三大场景到六大场景

6G 的权威定义由 ITU-R 给出：2023 年 11 月通过的《IMT 面向 2030 及未来发展的框架和总体目标建议书》（M.2160-0），把 6G 定义为六大应用场景。与 5G（IMT-2020，M.2083）的三个场景（eMBB 增强移动宽带、URLLC 超可靠低时延、mMTC 海量机器类通信）相比，6G 不仅扩展了前三个场景，还新增了三个 5G 时代不存在的能力维度。逐条拆解：

1）沉浸式通信（Immersive Communication）——eMBB 的延伸，覆盖沉浸式 XR、多感官远程在场、全息通信，要求速率、可靠性与时延三者同时达标；2）超可靠低时延通信（HRLLC）——URLLC 的延伸，典型场景是工业全自动化控制，空口时延目标 0.1-1ms、可靠性目标 1-10⁻⁵ 到 1-10⁻⁷；3）大规模通信（Massive Communication）——mMTC 的延伸，面向海量无电池/长寿命物联网设备，连接密度目标 10⁶-10⁸ 台/平方公里；4）泛在连接（Ubiquitous Connectivity）——桥接数字鸿沟，通过与其他系统互操作覆盖偏远与稀疏地区；5）AI 与通信（AI and Communication）——分布式计算与 AI 应用成为网络原生能力，支持分布式训练、模型共享与跨网络推理；6）通感一体（Integrated Sensing and Communication，ISAC）——通信网络同时承担感知职能，提供测距、测速、测角、目标检测与成像，定位精度目标 1-10cm（来源：ITU-R M.2160-0，2023-11，第 3 节）。六大场景全部由能力指标支撑，15 项关键能力里有 11 项是"增强"，4 项是全新维度（感知相关、AI 相关、安全弹性、可持续）——6G 的增量不在"更快"，而在"会感知、会思考、会协同"。

资料来源：ITU-R M.2160-0（2023-11，第 4 节）与 ITU-R M.2083（IMT-2020 基准）。所有 6G 数值均为研究目标区间，允许按场景取值、不必同时达到——这给了 6G 研究"挑场景做验证"的合法空间，也正是 LiSAC 立场的依据。

中国侧给出了自己的技术路线：IMT-2030（6G）推进组 2021 年 6 月发布《6G 总体愿景与潜在关键技术》白皮书，把潜在技术收敛为十大关键技术。逐条列出：1）内生智能的新型网络；2）增强型无线空口技术；3）新物理维度无线传输技术；4）太赫兹与可见光通信技术；5）通信感知一体化；6）分布式自治网络架构；7）确定性网络；8）算力感知网络；9）星地一体融合组网；10）支持多模信任的网络内生安全。注意第 4 条：太赫兹与可见光通信并列为 6G 潜在关键技术——可见光不是 6G 的边角料，而是国家推进组点名要做的技术方向，LiSAC 的光链路恰好落在这条上。时间表上，中国工程院院士张平 2026 年 7 月给出的口径是：6G 已于 2025 年正式进入标准化阶段，预计 2030 年大规模商用；5G 实现"万物互联"，6G 将实现"万物智联"，通信模式从"人机物"扩展到"人机物灵"（智能体），我国在通感一体、空天地全域组网等核心技术上优势明显、6G 研发稳居全球第一梯队（来源：IMT-2030（6G）推进组白皮书，2021-06；张平院士接受封面新闻专访，2026-07）。

两条主攻原则：频谱融合与通感一体

六大场景与 15 项能力是 6G 的"全景图"，是理解 6G 的背景，不是 LiSAC 的验证清单。LiSAC 是一个实物系统，不是一份全景调研报告——它只专攻与"工业室内最后一米接入"直接相关的两条原则：频谱融合与通感一体（ISAC）。其余场景仅作背景存在：沉浸式通信（XR/全息）与超可靠低时延通信（远程手术/工业控制）需要完全不同的系统形态与指标集，大规模通信（海量物联网）与泛在连接（空天地一体）是网络级架构问题，AI 与通信是横切能力——它们构成 6G 的上下文，但都不是本项目要验证的对象。两条主攻原则各有官方定义与数据锚点：

原则一：频谱融合——6G 的第一个官方论断是"没有单一频段能满足所有需求"。M.2160 第 2.4 节原话：没有任何单一频段能同时满足覆盖、容量与服务全部要求，IMT-2030 预计利用从 sub-1 GHz 到 100 GHz 以上的全频段——低频频段保全国覆盖与深室内穿透，中频频段平衡覆盖与容量，高频段（毫米波、太赫兹）提供超大带宽热点；推进组白皮书把"高中低全频段高效利用"列为 6G 频谱需求的四条思考之一。更重要的是第 5.1.2 节：6G 明确要求与其他接入系统（含非 IMT 系统）互操作，用户应能随时从不同接入网络获得服务——这给"光 + Wi-Fi + LTE 并存"的多接入架构提供了官方依据（来源：ITU-R M.2160-0，2023-11，第 2.4/5.1.2 节；IMT-2030 推进组白皮书，2021-06）。

原则二：通感一体（ISAC）——通信网络同时承担感知职能，这是 6G 相对 5G 最本质的能力增量。M.2160 把它列为六大场景之一，要求提供测距、测速、测角、目标检测、成像与地图构建，定位精度目标 1-10cm；ETSI 已在 2025 年发布三份 ISAC 规范（01 节已述）；张平院士直言我国在通感一体技术上"优势明显"。ISAC 的工程价值在于"复用"：感知与通信共用同一套无线硬件与频谱，新增能力几乎不新增成本——这正是 LiSAC 把定位"折叠"进光链路的理论来源。（来源：ITU-R M.2160-0，2023-11，第 3 节；张平院士访谈，2026-07）

2.3 LiSAC 的立场：范式 → 模块的映射

两条主攻原则确定之后，系统的设计原则就清楚了：LiSAC 的每一项选型都要回答两个问题——它验证了哪个 6G 范式？它如何与主流频谱生态融合？第一个问题保证每个模块都有"范式锚点"，不至于做成自娱自乐；第二个问题保证每个模块都落在主流生态里（商用器件、成熟标准、可复现成本），不至于做成实验室孤岛。"能买的不自研、能仿真的不搭台、能后置的不提前"不是设计原则，而是执行纪律——它管的是"怎么省力地把验证做完"，不管"验证什么"；后者由范式决定，落在 04 节的实现策略里。两条原则与系统模块的对应关系如下：

资料来源：ITU-R M.2160-0（2023-11）；IMT-2030（6G）推进组白皮书（2021-06）。表 9 列出的其余场景（沉浸式、超可靠低时延、大规模通信、泛在连接、AI 与通信）作为 6G 背景存在，不在本项目验证范围内。

2.4 系统落成：一根地基（IM/DD）+ 四层结构（L1-L4）

整个系统建立在一个最基本的物理事实之上：光强度可以携带信息。这个事实的工程化表达叫 IM/DD——强度调制、直接检测。它决定了光通信的整套玩法，也是理解后面所有模块的钥匙。

VLC 的历史可以追溯到红外时代：1980 年代 IrDA（红外数据协会）就实现了低成本红外点对点通信（遥控器、早期红外口），但红外需要"对准"，用户体验差。可见光的优势恰恰是"不用对准"——灯是照明的，接收器总在光斑里。2000 年代，日本学者（中川正雄实验室）首次把白光 LED 用于通信演示，提出"灯载通信"（Light Fidelity, Li-Fi）的概念；2011 年 Harald Haas 在 TED 演讲中让这个概念出圈；2023 年 802.11bb 把它标准化。这条技术线的每一次跨越都在解决同一个问题：让光通信从"实验室对准实验"变成"用户不用对准的日常设施"——LiSAC 做的就是这条线的工业版本，而 IM/DD 是这条线从未离开过的地基。

图 18：光通信并不只属于实验室——NASA 深空光通信（DSOC）的上行激光链路演示。从深空激光到室内 LED，核心都是同一件事：把信息写进光里。而"可见光"方案还多一个独一无二的优势：它同时就是照明NASA / Wikimedia Commons，公共领域

三个锁死的决策：WDM 全双工、终端零计算、v10 参数

双工架构是 v10 最重要的物理层决策：双节点独立光源 + WDM（波分复用）全双工，而不是时分双工（TDD）。节点 A 以蓝光下行（目标 ~25Mbps），节点 B 以红光上行（目标 ~3Mbps），两路光互不干扰，天然同时收发。这个决策放弃了 TDD 的简单性，换来的是"链路利用率 ×2、协议栈去掉收发切换状态机"。

终端侧（L4）遵循一个克制原则：终端零计算。小车/手持端只做收发与执行，不跑视觉、不跑 SLAM、不跑路径规划；感知与决策全部上移到边缘服务器与上位机。这个决策的实质是把"算力最贵、供电最紧张、环境最恶劣"的部分从终端挪走，让终端回归"灯下设备"的本分——完整的论证见 3.7 节。系统管理面由 Flask 上位机承担（状态监控、PID 调参、固件升级、日志），其界面已单独静态化演示。

所有"已锁定"项均经过 v4→v9→v10 三次方案演进的论证，最终口径统一写进 02 节的参数表与 04 节的实现策略。

02 节的总览到此收束：系统是"一根地基（IM/DD）+ 四层结构（L1-L4）+ 三个锁死的决策（WDM 全双工、终端零计算、v10 参数）"。总览的意义在于把后面的技术章节翻译成"每个模块在整棵树里的位置"——03 节将按三个板块逐层展开：板块一"通感一体 · 光为体"先回答"光从哪来、能传多快"（3.1 光源材料、3.2 信道与模拟前端、3.3 物理层与 IC 设计），再回答"空间怎么感知"（3.4 感知层）；板块二"频谱融合 · 终端为用"回答"终端怎么执行、光如何与 Wi-Fi/LTE 相处"（3.5 终端、3.6 多接入）；板块三"闭环交汇"回答"谁来做决策"（3.7 算力分层与云端闭环）。一句话记住 02 节：LiSAC 的复杂度不在任何一层，而在四层之间的接口——每一层都尽可能简单，复杂只在边界上发生。

通感一体与频谱融合：七个模块的技术方案

七个模块共享同一个设计原则：尽可能验证 6G 范式，尽可能融入主流频谱生态。前者管"验证什么"——每个模块都锚定 02 节锁定的两条主线：通感一体化（板块一：3.1-3.4）与频谱融合（板块二：3.5-3.6），并在 3.7 收束成闭环；后者管"怎么落地"——器件用货架商品、标准靠成熟体系、成本可复现。落到执行层面还有三条纪律：能买的不自研、能仿真的不搭台、能后置的不提前。每个模块先交代"这个技术是什么、从哪来"（历史沿革），再给"为什么我们的系统用它"（决策依据），最后落到关键参数。调研数据回答"为什么有这样的想法"，v10 定稿口径回答"为什么最终这样做"。

本章七个模块分三个板块，板块边界就是两条主线。板块一"通感一体 · 光为体"回答"光从哪来、怎么传、传多快、还能干什么"：3.1 光源材料——白光 LED 能传多快，由荧光粉说了算；3.2 信道与模拟前端——链路余量决定天花板，光信道决定形态；3.3 物理层与 IC 设计——OFDM、MIMO、均衡器与 Verilog 落地；3.4 感知层——同一束光既传数据又定位置，再加一双"眼睛"。板块二"频谱融合 · 终端为用"回答"终端有多简单、三条网怎么协同"：3.5 终端——把"听话"做到极致的零计算执行；3.6 多接入——光优先、Wi-Fi 承接、LTE 兜底。板块三"闭环交汇"只有一节：3.7 算力分层与云端闭环——把前六个模块串成"云端认知 → 边缘决策 → 终端执行"的完整信息流。两条主线的共同前提是 02 节那张总图：每一层都尽可能简单，复杂只在层与层的接口上发生。

3.1材料与光源：白光 LED 能传多快，由荧光粉说了算

上行 3Mbps 的红光通道，是整个系统里唯一"必须自己做材料"的环节——因为它买不到现成的。要讲清楚这件事，先得讲清楚 LED 为什么能通信、又为什么难通信。

光源这一站，先把三代发射器件摆清楚——LED、micro-LED、激光二极管（LD），速率纪录一个比一个高，照明兼容性一个比一个差。第一代 LED 基于自发辐射，成本低廉、与照明系统天然结合，调制带宽受限于载流子寿命与器件尺寸，接近 GHz 量级——多波长光源配合 DMT（离散多音调制）/OFDM 比特加载，才能在短距下做到 15~30 Gbit/s；第二代 micro-LED 把 LED 芯片缩到微米级，带宽大幅提升（2022 年三基色 micro-LED 已实现 25.2 Gbit/s），2024 年 304 通道 micro-LED 阵列芯片展示出 Tbit/s 级潜力；第三代 LD 基于受激辐射，相干性高、发散角小、功率高、调制带宽大——单波长 26 Gbit/s（3 m）、50 波长波分复用系统 601.46 Gbit/s（2025），是全部速率纪录的保持者；发光特性介于 LED 与 LD 之间的超辐射二极管（SLD）仍在探索。但纪录与照明在器件层面互不相交：LD 发出的是激光束，不是灯；micro-LED 需要专用产线与驱动芯片。LiSAC 的约束是"复用存量照明"——光源底座因此只能是 LED，剩下的全部问题集中到一个点上：换掉拖后腿的荧光粉（来源：迟楠等，《光学学报》2025 特邀综述，表 1/表 2）。

名词档案 · LED：从一颗红光二极管到整个照明时代

LED 的历史对 LiSAC 的意义：照明市场已经完成了 LED 换代（2025 年市场规模 1,069 亿美元），这意味着"能通信的灯"在物理上已经铺满全世界——缺的只是把通信加上去。

LED 能通信，是因为它的发光强度可以以极快的速度跟随电流变化——理论上载流子寿命决定带宽，GaN 芯片本身能做到数百 MHz。但商用白光 LED 的实际调制带宽普遍低于 20MHz，瓶颈不在芯片，而在荧光粉。

问题出在荧光粉的"余晖"：荧光粉受激发后，发光不是瞬间结束，而是有一个缓慢衰减的过程（荧光寿命，微秒级）。这就像回声——蓝光芯片已经在以 20MHz 以上的频率闪动了，荧光粉还"拖"着上一拍的余晖，把高频变化抹平了。于是整个白光 LED 的调制带宽被荧光粉拖到 20MHz 以下。想要通信，就得绕过或替换荧光粉。这正是碳点材料登场的地方。

名词档案 · 碳点：从实验废料里长出的荧光材料

碳点的"身世"很特别：它是科研副产品出身——2004 年 Scrivens 团队在纯化碳纳米管时，意外发现电泳后的管壁上沾着发荧光的纳米碳颗粒。后来人们发现这种材料原料极便宜（蔗糖、柠檬酸、甚至厨余）、发光颜色可调、荧光寿命短——通信界立刻看到了它的价值。

文献数据支撑了这条材料线的走向：

来源：碳点 VLC 数据见 Guo 2023（165MHz 带宽 / 250Mbps）；多色荧光粉 LED 对比见 MDPI Photonics 2024（CRI 90、上升时间 -31%、jitter -39%）。

六个"快荧光粉"候选材料：为什么最后是碳点

先回到问题的起点：白光 LED 想高速通信，必须换掉荧光粉——或者换掉"慢的"荧光粉。荧光粉分两类：一类是 YAG 这种"慢"的（荧光寿命微秒级，把 20MHz 以上的高频抹平）；另一类是"快"的（寿命纳秒级，能跟上 100MHz+ 的闪烁）。理论上有快荧光粉就能通信，但材料界为照明挑荧光粉挑了三十年，标准从来不只是"快"——六位候选人逐一过堂后只剩一位（完整对比见表 14 与图 21）：快响应 YAG 变体照明不达标（CRI 掉到 70 上下，国标要 80 以上）、有机磷光体见热就衰（LED 结温 80~120℃ 下数十小时衰减超 50%）、钙钛矿含铅且怕潮（RoHS 直接限制）、AIS 量子点不够快（带宽停在几十 MHz）、InP 量子点性能全面达标但合成要高温无氧、成本以克计。碳点是唯一的"无短板"：原料是蔗糖、柠檬酸（几毛钱一克），水热反应釜 180℃ 6 小时即可合成；碳核耐热耐湿、无镉无铅；荧光寿命纳秒级，实测调制带宽 165MHz、速率 250Mbps，是 YAG 方案的八倍以上；CRI 90 通过照明关。

这就是"为什么用碳点"的完整回答：不是碳点某项性能最强，而是它是唯一一个"照明合规、通信够快、成本可量产、法规无雷区"四项同时成立的材料。别的材料解决一个问题，碳点解决全部问题——这正是 LiSAC 材料线作为"唯一必须自己做材料"环节的底气。

这里还涉及一个名词：CRI（显色指数）。照明行业关心"这盏灯照出来的颜色准不准"。碳点荧光粉方案 CRI 可达 90（满分 100，越高越好），意味着它不仅能通信，还是一款合格的照明材料——通信和照明不是互相妥协，而是同时满足。

当前材料线进展（截至 v10）：红光发射窗口的合成路线已确定——以 OPD（有机前驱体）+ HNO₃ 在 180℃ 水热反应 6 小时制取碳点，目标发射波长落位红光区段。

图 20：碳点类荧光材料的发光效果——不同尺寸、不同表面态的碳点发出不同颜色的荧光（蓝、绿、黄、红）。红波段发射（约 610/665 nm 已实测）是 LiSAC 上行通道的材料基础，从"能发光"到"能通信"的关键就在这个窗口Wikimedia Commons，CC 许可

3.1 的小结：光源路线由照明约束决定，而不是由速率纪录决定。学界用 micro-LED 与激光二极管把 VLC 速率推到 601.46 Gbit/s（2025 年 50 波长系统），但前者要专用产线、后者不是照明——纪录路线与商用照明路线在器件层面互不相交；商用白光 LED 的带宽被荧光粉余晖锁死在 20MHz 以下，唯独碳点荧光粉在"照明合规、通信够快、成本可量产"三项上同时成立。LiSAC 的路线因此是确定的：蓝光走商用 LED 存量，红光走自研碳点——不等特种器件降价，先把存量灯的通信能力做实。这个判断直接决定了下游模块的形态：3.2 的预均衡要为 20MHz 级器件兜底，3.3 的均衡器由此而生。

3.2信道与模拟前端：链路余量决定天花板，光信道决定形态

模拟前端决定了链路预算的天花板，实现原则是：用成熟的器件，做克制的事。它要回答三个问题：信号怎么加进光里、接收端怎么把光变回电、以及怎么让这条链路的余量够用。

名词档案 · 光电探测器：从真空管到雪崩倍增

APD 的历史价值：光纤通信把 APD 做成了大规模量产器件，这让今天的 VLC 可以直接"捡现成的"。

接收端用 PIN + 跨阻放大器（TIA），理由藏在它的历史里。雪崩光电二极管 1960s 问世，靠倍增效应换来高灵敏度，但代价是要几十伏的高压偏置电路——这属于"芯片级设计"，与"零自研电路"原则冲突。LiSAC 走的是另一条更工业化的路线：大靶面、快响应的商用 PIN 光电二极管，直接配 OPA847 跨阻放大器模块（TIA，3.9 GHz 增益带宽积，65 元/颗），光电流就地变电压；再接 AD8331 可编程增益放大器（PGA，0~50 dB 可调，150 元/片），把信号抬到 ADC 采样的最佳量程。每接收通道 1 颗 OPA847 + 1 片 AD8331，共 4 通道。增益可编程的意义在于：装灯高度 2.4~3 米、距离 2~5 米的链路余量差异，不再靠换硬件解决，而是由上位机下发增益参数，一次标定、随时重调。

接收端还有一条文献前沿线值得记住：探测器本身也在进化。复旦团队借 GaN LED 的生产工艺制造 GaN 基探测器，2023 年把点对点速率做到 15.26 Gbit/s；大视场角接收机用荧光聚光器实现 ±60° 视场（2017 年即实现 400 Mbit/s），把"接收器必须对准灯"变成"灯下即覆盖"。但这些方案都停留在实验室：GaN 探测器没有商用渠道，聚光器增加光机复杂度，钙钛矿接收器件还在可穿戴研究阶段。LiSAC 的约束是"能买的不自研"，所以接收端锁定商用 PIN + OPA847 + AD8331 + 窄带滤光片——文献前沿的意义在于划出了"现成方案的天花板"，而 2~5 米工业距离恰恰不需要触及它（来源：迟楠等，《光学学报》2025 特邀综述，第 2.1 节）。

信号怎么"加"进光里：偏置点与小信号调制。LED 的亮度-电流曲线（P-I 曲线）不是直线——在低电流区有死区，在高电流区趋于饱和。通信信号必须"骑"在曲线的线性段上：直流偏置决定工作点（同时承担照明），交流小信号叠加其上承载数据。这就是 IM/DD 的发射侧实现。

发射侧的具体形态是两个商用模块的接力：AD9767 与 OPA855。DAC 用 AD9767（14-bit，125 MSPS，双通道，178 元/片）——每片内置两个独立 DAC 通道，单颗即可同时驱动蓝光与红光两路发射，完美适配 2×2 MIMO；14-bit 分辨率把发射端量化噪声压到 −84.2 dBFS（对比 8-bit 方案的 −49.9 dBFS，少了约 34 dB，这是 64-QAM 星座点保真度的分水岭），125 MSPS 对应 Nyquist 带宽 62.5 MHz，覆盖碳点 CD-WLED 8~16 MHz 的信号带宽绰绰有余。DAC 输出是电流，必须经 OPA855（宽带运放，约 90 MHz 带宽，高线性度）完成两级级联：第一级做 I-V 转换，第二级提供增益驱动 LED，每条驱动链路 2 颗，两级增益可调以适配不同调制深度。每发射节点配置 1 片 AD9767 + 4 颗 OPA855，通过并行 CMOS 接口直连 Zynq PL。

接收侧还藏着一个 WDM 成立的关键：波长滤波。每一端的接收器在光学前置上加窄带滤波片，只"看见"自己那一束颜色的光。这是全双工架构里"双向不打架"的物理保证。LiSAC 的滤波片按波段各司其职：下行通道前置 450~470 nm 蓝光带通滤光片，上行通道前置 600~650 nm 红光带通滤光片——中心波长与光源发射峰精确匹配，既筛掉环境背景光，也把对方方向的串扰光挡在门外。

数据转换的收尾一环是 ADC：AD9238（12-bit，65 MSPS，双通道，154 元/片）。每片内置两个独立 ADC 通道，单颗即可同时采样两路 PD 信号，每接收节点 1 片，经并行 CMOS 接口连入 Zynq PL。65 MSPS 覆盖 8~16 MHz 目标光电带宽留出充分过采样余量，12-bit 动态范围为高阶 QAM 与均衡器提供足够的量化深度。PL 端采集到的 OFDM 采样数据经 AXI DMA（S2MM）搬运到 PS 端 DDR3，PS 端跑 PetaLinux 做上层处理；待发的数据经 MM2S 通道送回 PL 发射链路——AXI HP 端口理论带宽 1.2 GB/s，而 OFDM 数据流（约 25 Mbps）与摄像头视频流（约 100 Mbps）合计远小于这个数字，数据通路不是瓶颈。

预均衡（pre-equalization）在文献中被反复证明是 VLC 的必选项而非可选项：复旦王源泉、迟楠团队的成像 MIMO 实验表明，对 3dB 带宽 10MHz 的 RGB LED，不做预均衡时 125MHz 带宽内功率起伏高达 24~25dB，做预均衡后可压到 1dB 以内，同等误码率下等效增益 7.5~9.4dB（来源：Wang & Chi, Opt. Lett. 2014）。这条经验直接写进了我们的前端设计：预均衡在 FPGA 侧数字实现，不在模拟链路堆电容。

图 23：LED 照明灯具——照明与通信共用一个物理器件，这就是"灯载通信"的起点Wikimedia Commons，CC 许可

3.2 的小结：模拟前端不做创新，只做"不浪费"。发射侧 AD9767（14-bit DAC，量化噪声 −84.2 dBFS）+ OPA855 两级级联驱动把信号无失真地装进光里；接收侧 PIN → OPA847（TIA）→ AD8331（PGA）的三级链用商用模块攒出高灵敏度接收；450~470 nm / 600~650 nm 窄带滤光片在物理层就把双向串扰解决了；预均衡在数字域把高频衰减提前扳回（等效增益 7.5~9.4dB）——全部用商用模块实现，链路预算的每一分余量都来自选型而不是自研电路。文献前沿（GaN 探测器 15.26 Gbit/s、±60° 视场接收机）证明接收端仍有提升空间，但对 2~5 米工业距离的 LiSAC 而言，商用 PIN + TIA/PGA 级联 + 窄带滤光片已经够用——"够用"正是 3.2 节的全部设计哲学，也决定了下一层只需要处理一件事：把信号传对。

名词档案 · 光信道：VLC 比 Wi-Fi 简单在哪

光信道的两个工程事实决定了系统设计：其一，光功率按距离平方衰减（2 米处约只有 1 米处的四分之一），所以链路预算要求接收灵敏度足够高——这就是 3.2 节选高灵敏度 PIN+TIA 接收链的原因；其二，室内天花板灯具的典型高度 2.4~3 米，正好覆盖"照明-通信-定位"三用场景。信道模型直接采信 ETSI GR ISC 002 的室内光信道模型作为 MATLAB 仿真输入。

波束赋形是 MIMO 的演进方向——把对准问题从接收端挪到发射端。综述口径下，2023 年超表面 + 液晶空间光调制器（LCoS）构建的智能光无线广播系统实现上下行各 10 Gbit/s 的多用户接入；液晶波片 + 偏振光栅实现无机械波束扫描、全角度覆盖；光智能反射面（OIRS）则通过反射面调控解决高空闲相关性下 MIMO 容量受限的问题，2024 年生成模型神经网络实现无需物理滤波器的双波长波束引导（1 m 自由空间 4.02 Gbit/s）。这些方案的共同代价是器件成本与光机复杂度——LCoS、超表面、OIRS 均无商用照明渠道。LiSAC 的对策是把对准问题留给部署位置：用 2×2 阵列的冗余度对抗对准损失，不为演示加一套动态光束控制（来源：迟楠等，《光学学报》2025 特邀综述，第 2.5 节）。

图 25：办公天花板照明——每盏灯都是潜在的数据节点与定位锚点。这就是 VLP "零新增基础设施"的物理基础Wikimedia Commons，CC 许可

图 26：商场室内照明——照明存量的另一面：从商场天花板灯到城市路灯，所有已部署的照明都潜在地是通感网络的载体，这正是"零新增基础设施"定位成立的前提Wikimedia Commons，CC 许可

3.2 的信道小结：光信道可以用两句话概括——"平方反比衰减决定链路预算，视距主导决定覆盖形态"。这两句话推导出本节的高灵敏度接收链（灵敏度要够）与 3.3 的 OFDM（多径不是主要敌人）；波束赋形这类演进方向则被成本约束挡在门外。信道是整套系统的"物理账单"：它同时决定通信能传多快（3.3 物理层）与感知能测多准（3.4 感知层），而接收链与信道共同决定了这份账单的每一项——"通感一体"在 LiSAC 里不是名词，是 BOM 清单上的一行。光把数据与位置都传到位之后，剩下的问题是：谁来做决策？——3.7 节给出答案：算力在基础设施侧。

3.3物理层与 IC 设计：OFDM、MIMO、均衡器与 Verilog 落地

物理层是整个系统技术含量最高、文献最深的部分。它承担三件事：把比特流切成适合光信道传输的波形（OFDM）、用多个光源并行拉高吞吐（MIMO）、把被信道"揉皱"的信号扳回原样（均衡器）。三件事各有五十年的技术史，且每一件都在 VLC 场景下有全新含义。

名词档案 · OFDM：从军用多载波到 WiFi/4G 的同一套数学

OFDM 的故事是一个"理论超前、算力落地"的经典：1966 年提出的数学，等了二十多年才等到便宜的数字信号处理芯片。

光 OFDM 有一个射频没有的约束：LED 不能发负光。射频信号有正有负，LED 亮度只能从零往上涨。为此学界在 2010 年前后提出了两个标准变体：DCO-OFDM（加直流偏置，把信号整体抬到正区，简单但费光功率）和 ACO-OFDM（只调制奇数子载波，省一半光功率但频谱效率减半）。LiSAC 采用 DCO-OFDM 路线：实现简单、与预均衡配合成熟，代价（偏置功率）在室内短距场景可接受。

名词档案 · MIMO：从贝尔实验室论文到每部手机的标配

MIMO 是"一根天线不够，就多插几根"的数学化：多个发射器发出的信号在空中叠加，接收端用信道信息把它们"解开"成独立数据流。

VLC 的 MIMO 和射频 MIMO 有一个本质差异：LED 阵列首先是照明，然后才是通信。四个灯必须继续把房间照得均匀——这限制了天线的布局自由度，也让"成像 MIMO"（接收端用镜头把不同灯成像在不同像素上）成为 VLC 特有方案。非成像 MIMO 则没有镜头，靠信道差异分离数据流，对灯间距和接收端角度敏感（信道相关性高时会失败）。

LiSAC 采用非成像 2×2 MIMO：四个 LED 构成 2×2 二维阵列，形成两个逻辑空间流。尺寸为什么停在 2×2，四个候选形态摆在一起就清楚了：

成像 MIMO 的潜力有 2014 年的经典实验背书：四色 RGB LED 阵列、75cm 距离下三个通道合计 1.5/1.25/1.25 Gbps，预均衡增益 7.5~9.4dB（Wang & Chi, Opt. Lett. 2014）。但镜头方案被我们留给了"未来工作"。

MIMO-OFDM 组合在 VLC 领域的世界纪录，构成了我们对 2×2 方案的预期锚点：

激光/阵列方案速率高但成本、安全性、照明兼容性都不符合 LiSAC 的"商用照明灯"约束。我们取的是 2013 年非成像 MIMO-OFDM 的成熟路线，速率目标量级（~25Mbps）低于记录两个数量级——因为我们的约束不是"做快"，而是"做成、做便宜、做能复制"。

名词档案 · 均衡器：把被信道揉皱的信号扳回来

均衡器的本质：发射信号经过信道（LED 低通 + 反射 + 非线性）后变"糊"了，均衡器学习信道的反向操作把信号恢复。线性均衡处理"糊"，Volterra 额外处理"歪"（非线性），神经网络两者都能学。

均衡器有两条技术线，走的年头差着一个数量级。传统线以 Volterra 级数为代表——1980s 起用于非线性信道补偿（表 20），数学可解释、算力需求适中；新线是深度学习均衡器——2000s 进入光通信，2010s 后随 CNN/LSTM 成熟，能同时学"糊"和"歪"。两条线都有硬核文献：

注意一个反直觉的规律：神经网络胜出的幅度在缩小（2.5dB vs 14.2dB），且文献普遍警告——ML 均衡器的高收益往往来自错误的实验设定（训练/测试数据同源、信道模型过简），工程部署收益远小于论文宣称。见 Fudan 2022 综述讨论。

深度均衡器这条线 2018-2024 的演化值得完整摊开：收益在缩小，复杂度在下降，但从未真正消失。早期的深度均衡器收益显著——2018 年高斯核深度神经网络把 PAM-8 系统的训练次数降低 47% 且性能持平；2020 年稀疏连接双分支多层感知机把 BER 压到传统 MLP 的 54.5%、空间复杂度降到 40.5%，并成功把水下系统无误码速率从 3.1 Gbit/s 提到 3.2 Gbit/s；2021 年时频联合卷积神经网络把复杂度降到经典 DNN 的 23.6%。但同期经典方法也没闲着：二阶 Volterra 滤波器把 Q 因子提升 6dB，高斯核 DNN 预失真的 Q 因子提升 1.56dB——深度学习相对传统方法的优势在收窄，且越新的文献越强调"复杂度-收益"的权衡。LiSAC 因此把 Volterra 定为系统基线：MATLAB 跑基线、PyTorch 只做离线对比，把"AI 是工具而不是卖点"写进口径（来源：迟楠等，《光学学报》2025 特邀综述，第 2.4 节）。

LiSAC 的信号链：从比特到光，再从光回到比特

把上面这些名词收拢成一条完整的信号链，就是 LiSAC 物理层的全部工作。发射侧：QAM 映射（16/64-QAM）→ Hermitian 对称 → IFFT → 加循环前缀 → 数字预失真（DPD）→ AD9767 转成模拟 → OPA855 驱动 CD-WLED 发光。接收侧：PIN 收光 → OPA847 跨阻放大 → AD8331 增益 → AD9238 采样 → 时间/频率同步（Schmidl-Cox）→ 去 CP → FFT → 信道估计 → 均衡 → 2×2 MIMO 分离 → QAM 解映射 → FEC 解码 → 比特流交给 PS 端协议栈。每一环都有一句"为什么这么做"。

发射侧第一关：把复数频谱变成 LED 能发的实数波形。OFDM 在频域上是一串复数符号，但 LED 只能发实数的光强——两者之间的桥是 Hermitian 对称：把频域序列按共轭对称方式排布后，IFFT 的输出天然是纯实数，代价是可用子载波减半。DCO-OFDM 的"DC"随之而来：IFFT 输出仍有负值，需要加直流偏置把整个波形抬进 LED 的线性区，峰值过高的部分再做削波保护，不让 LED 顶进饱和。削波产生的噪声是 DCO-OFDM 的固有代价，靠预均衡与接收端均衡前后夹击补偿。发射侧还有一道只有 LED 信道才有的工序——数字预失真（DPD）：碳点 LED 的 P-I 曲线并非直线，DPD 在数字域预先施加反向非线性，让驱动电流与光输出近似线性，与接收端 Volterra 均衡形成"前补后纠"的配合。

接收侧的关键词是"分工"：两个波段的信道脾气不一样，均衡策略不能共用一套。蓝光下行面对的是碳点混光引入的复杂记忆非线性，均衡器用二阶 Volterra 级数结构（15~25 抽头）——记忆深度与非线性阶数先经 MATLAB 仿真优化，再落到 FPGA；红光上行是在低信噪比条件下求稳，用更简化的线性均衡 + 判决反馈（DFE），把硬件资源省下来换弱信号下的稳定接收。两个波段分别维护独立的时间/频率同步状态，帧边界、训练序列与标定窗口由双波段状态机统一管理。2×2 MIMO 分离在信道估计之后进行：对信道矩阵做求逆（ZF，迫零）或最小均方误差（MMSE）解算，把两个空间流从四路接收信号里解出来——MMSE 在信道相关性升高时噪声增强更小，是我们应对非成像 MIMO"信道条件数变差"的默认选择。

FPGA 上跑的不是浮点 MATLAB，是定点数——定点化是"仿真正确"到"硬件正确"的必经之路。流程分四步：其一，用 MATLAB Fixed-Point Designer 对 Volterra 均衡器与 OFDM 关键模块做定点化建模，位宽基线 14-bit；其二，逐一比较 12-bit / 14-bit / 16-bit 三种量化位宽对 BER 的影响，找出满足性能的最小资源组合，定点化损失目标压在 0.5dB 以内；其三，定点化后的 MATLAB 代码成为Golden Reference Model（黄金参考模型）——后面所有硬件代码都以它为"标准答案"；其四，HLS C++ 与 Verilog 实现的 RTL 模块与黄金参考做逐比特比对验证，每个模块配 testbench 行为仿真。这条"浮点仿真 → 定点建模 → 黄金参考 → 逐比特比对"的链条，防止的正是 FPGA 工程里最贵的错误：算法仿真全对、硬件实现悄悄错了。

开发策略一句话：核心数据通路用 Verilog（性能可控、学习价值高），复杂算法用 HLS C++（开发效率高、迭代快）。分工原则是"哪段逻辑值得手写，哪段算法值得高抽象"。

图 32：FPGA 开发板——物理层的预均衡、OFDM 调制与均衡器将落在此类器件上，数字域完成，不在模拟链路堆电容Wikimedia Commons，CC 许可

IC 设计：物理层不只在 MATLAB 里，它要变成 Verilog 电路

IC 设计是"从仿真到实物"的关键一跳：MATLAB 里验证过的 OFDM/均衡算法，要被翻译成 Verilog 硬件描述，烧进四片 Zynq-7020（鹿小班开发板，480 元/片）。四片分工明确：Tx-A、Rx-A 管蓝光下行，Tx-B、Rx-B 管红光上行，两对节点同时工作，物理层流水线各跑各的。表 22 已经画过 Verilog 与 HLS C++ 的分工，这里补三件表里看不到的事：数据通路怎么搬、验证怎么闭环、定点化怎么保真。

数据通路：AXI DMA 是 PS 与 PL 之间的"搬运工"。PS（双核 Cortex-A9）与 PL（可编程逻辑）之间走 AXI 高速总线：PL 解调完的比特流经 AXI DMA 的 S2MM 通道搬进 PS 的 DDR3（上行），PS 要发送的数据经 MM2S 通道搬回 PL（下行）。AXI HP 端口理论带宽 1.2GB/s，对 25Mbps 的 OFDM 数据流加约 100Mbps 的视频流绰绰有余——"带宽不是瓶颈"不是拍脑袋，是算出来的：全链路最重的负载也占不到总线带宽的一成。驱动层用用户态 libaxidma 库绕开内核开销；PL 的参数寄存器（增益、抽头数、模式）经 AXI-Lite 轻量通道配置，构成"异构核间控制通道"。

验证闭环：三级回环，每一级都在回答"电路对吗"。数字回环（DAC→ADC 板内短接，验证 FPGA 内部数据通路与同步模块）→ 模拟回环（加衰减器与噪声，验证真实模拟损伤下的 BER）→ 光学回环（暗室中 LED 发光、PD 接收，验证完整光电链路）。每一级都输出 BER-距离-SNR 曲线，与 MATLAB 仿真逐点比对，偏差超过 1dB 等效 SNR 就回溯定位。这个"仿真-实测闭环"是 v10"MATLAB 唯一仿真平台"承诺的落地形态：不是宣称"理论可行"，而是每一级都在用实测检验理论。

定点化：浮点算法要变成能烧进电路的定点数。MATLAB Fixed-Point Designer 把浮点模型转成定点模型，基线位宽 14-bit，12/14/16-bit 三档对比量化噪声对 BER 的影响，量化损失目标控制在 0.5dB 以内。Golden Reference 在这里是关键：定点化 MATLAB 模型生成参考输出，与 HLS/Verilog RTL 仿真结果逐比特比对——RTL 错一个比特都跑不通过。每一段 RTL 都配 testbench，行为仿真先于上板验证。

图 33：IC 设计的工作对象——LiSAC 的物理层要烧进这类 FPGA 开发板：OFDM 调制、均衡器、DPD 在可编程逻辑（PL）里跑，协议栈与系统管理在硬核 ARM（PS）里跑，一块板子装下两个世界Wikimedia Commons，CC 许可

3.3 的小结：物理层的全部工作围绕一个词——可复现。OFDM 用五十年前的理论与现成的 FFT IP，MIMO 用 2×2（信道相关性让第 3、4 个空间流得不偿失），均衡器以二阶 Volterra 为基线、深度学习只做离线对比，FPGA 把 MATLAB 算法烧成确定性电路。学界用特种器件把系统速率推到 601.46 Gbit/s，LiSAC 用商用 LED 与 15~25 抽头 Volterra 把"可复现的 25Mbps"做实——两个量级差四位数，但前者证明天花板，后者证明地板：地板的价值是每个实验室都能踩上去。物理层打底之后，光还需要回答"空间"的问题——这是 3.4 节感知层的舞台。

名词档案 · FPGA：为什么"能编程的电路"恰好是物理层该用的东西

先回答一个外行会问的问题：FPGA 到底是什么？普通芯片（CPU/GPU）是"通用工人"——一套固定电路，靠软件换来换去地干活；FPGA 相反，它的内部电路是"烧"出来的：芯片里布满成万上亿个可配置逻辑块（CLB）和可编程连线，工程师用硬件描述语言（HDL，如 Verilog）描述想要的电路，工具链把它翻译成一张"连线图"，烧录后这块芯片就变成一座专为你的算法定制的工厂。所以 FPGA 也叫"现场可编程门阵列"——现场，指它可以在使用现场随时改电路。

物理层的工作必须交给 FPGA，三个理由都指向同一件事——并行与确定性。

其一，并行度。OFDM 一帧里有几十上百个子载波，每个子载波的调制、FFT 蝶形运算在数学上互不依赖。CPU 只能一条指令一条指令地串行跑（"一个工人轮流干一百件事"），FPGA 可以同时烧制几十条独立流水线（"一百个工人同时干"）。OFDM 调制解调在 FPGA 上的并行度是物理上的，不是调度出来的。

其二，确定性时延。通信系统里时延抖动（jitter）会直接变成误码。CPU 的时延取决于调度、缓存、中断，谁也无法拍胸脯保证"这次一定 3 微秒"；FPGA 的电路一旦烧好，信号走完一条固定路径的时间是恒定的——时钟一拍一拍地走，可预测到纳秒级。均衡器、预均衡器这类对时延敏感的数字信号处理，正是 FPGA 的舒适区。

其三，为什么偏偏是 Zynq-7020。它是赛灵思的"PS+PL 双核"器件：PS（处理系统）是两颗 ARM Cortex-A9 硬核 CPU，可以跑 Linux 和上位机协议栈；PL（可编程逻辑）就是上面说的可编程电路，跑物理层流水线。一颗芯片同时当"电路"和"电脑"用，物理层与时序控制在 PL，协议栈与系统管理在 PS，中间用 AXI 高速总线 + DMA 搬运数据。它还带千兆以太网与 HDMI，图像与数据上行不占额外芯片。对 LiSAC 这种"物理层真实、控制面完整"的演示链，它是一颗芯片解决两个世界问题的答案。

于是整个信号链的形态定了：MATLAB 仿真验证算法（数字域证明可行）→ FPGA 把算法烧成电路（物理域证明可跑）→ 实测曲线与仿真对比（证明模型可信）。这正是"MATLAB 唯一仿真平台 + FPGA 实物落地"分工的硬件逻辑：仿真给 FPGA 提供可复现的算法基线，FPGA 给仿真提供真实世界的反馈。

深度学习算法（MLP/CNN 及后续）：对照实验，不是卖点

深度学习在这套系统里的位置是严谨的：数据驱动均衡器（DB-MLP、1D-CNN）在 MATLAB 深度学习工具箱离线训练，PyTorch 只做训练对比（v10 锁定），与 Volterra 基线在同等信道损伤下对比 BER-SNR。这条技术线有真实文献锚点：神经网络均衡器在 VLC 里不是新鲜事——IEEE J. Lightwave Technol. 2014 年就报道过 ANN 均衡器在白光低带宽配置下把 OOK 系统推到 170Mb/s 的首例实验（相对线性/DFE 均衡显著增益），CSNDSP 2022 年又系统对比了 ANN 均衡器在室内 VLC 的表现——但 3.3 节的对照实验给出了更冷静的答案：Volterra-aided CNN-LSTM 相对 LSTM 增益 2.5dB、相对 DNN 达 14.2dB，而 DNN 在高 SNR 出现错误平台——"不能只堆深度学习"是实测出来的，不是立场。后续工作是 Bi-LSTM 预测与 DQN/DDQN 驱动的多接入切换（3.6 节策略表下发的学习化版本）。

3.4感知层：同一束光传数据，同一束光定位置，再加一双"眼睛"

通感一体的"感"半边，由三种传感器补全：VLP 光定位、LiDAR-SLAM 与嵌入式视觉。光不只是通信介质，还是定位锚点——VLC 与室内定位（VLP）共享同一套硬件，是灯载通信最独特的价值：通信模块装好的那一刻，定位能力几乎免费获得。而终端侧与边缘侧还需要"看得见"的能力，LiDAR-SLAM 负责建图与路径规划，视觉负责语义理解——三者各司其职，构成 LiSAC 的感知层。

名词档案 · VLP：从"灯里藏 ID"到厘米级定位

VLP 的历史逻辑：反正灯要发光，光里顺便带上"我是谁、我在哪"的信息，接收端（手机/设备）靠光就能定位——不需要额外基础设施。

LiSAC 的定位方案是 VLP 里最朴素的一支：多灯 RSS 测距。它不讲故事，只做一件事——接收端测出每盏灯的光强，按平方反比衰减换算距离，多灯交汇解出位置（原理与完整技术史见上文表 23 与名词卡片）。精度上限 10~20cm，不及 UWB 的 10cm 级，也不如指纹库精细；但 LiSAC 的约束是"零新增基础设施"：RSS 完全复用通信的 LED 阵列与接收前端，定位软件免费。对 AGV 调度（栅格 0.5m 级）而言，10~20cm 已经够用——这个验收标准写进 04 节阶段三。

这套方案在 LiSAC 里的具体落地链路是确定的，四步：其一，终端的 PD 阵列——正是 3.2 节接收通信数据的那组光电二极管，BOM 零新增——同时收下多盏天花板灯的直射光；其二，各灯的光强按平方反比衰减，接收端从同一路光电信号里测出每盏灯的光强，多盏灯的区分不靠额外硬件，靠每盏灯 OFDM 信号内嵌的正交导频（灯 ID）；其三，测得的 RSS 矢量经上行链路回传 Zynq，由基础设施统一解算位置；其四，解出的位置对上车间的 0.5m 栅格，供 A* 路径规划使用。这条链路的本质是"通信与感知在硬件层面原生收敛"：同一个 PD 既解调下行通信、又测出各灯光强，没有为定位多买一颗器件——这正是 6G"通感原生"在光频段的最小实现。定位作为独立子课题后置（先跑通通信闭环，再叠加定位），不占用通信主线的进度。

名词档案 · SLAM：机器人"睁开眼睛"的四十年

SLAM 的要点：机器人同时做两件互相依赖的事——"我在哪"（定位）和"周围有什么"（建图）。不知道地图就没法定位，不知道位置就没法建图——这两个问题的互相依赖让它困扰学界近二十年。

市场数据说明这条赛道有多重：全球 AMR 市场将从 2026 年的 51.8 亿美元增至 2031 年的 105.6 亿美元（CAGR 15.31%），其中 LiDAR SLAM 方案在移动机器人定位技术中占 40.88% 的收入份额；SLAM-AGV 解决方案市场 2024 年 5.74 亿美元、预计 2031 年达 19.75 亿美元（CAGR 19.3%）。摄像机型导航方案单价 500~2000 美元（Valuates 2025）。

图 37：LiDAR 扫描示意——厘米级测距点云是 SLAM 建图的核心输入，也是"终端零计算"决策的另一半（感知放在拥有算力的地方）Wikimedia Commons，CC 许可

名词档案 · 深度学习：从特征工程到实时感知

深度学习解决"特征工程做不完"的问题：网络自己从数据里学出特征。对 LiSAC 而言，深度学习是边缘侧的感知工具（LiDAR/SLAM 点云处理、目标检测），而不是终端要背负的能力。

嵌入式 Linux + CV 开发（Zynq PS 侧）：全局智能中枢

Zynq-7020 的 PS 侧跑 PetaLinux，是系统的"全局智能中枢"。工业摄像头经 MIPI-CSI + V4L2 采集，OpenCV 做畸变校正、透视变换与图像拼接，生成全局 2D 鸟瞰图——这是轻量数字孪生的基底；ArUco 码识别 + 颜色/形状特征粗定位 + 终端回传的 VLC RSS 矢量 + LiDAR 测距，多源融合出高精度位姿；A* 路径规划把鸟瞰图栅格化，结合云端任务目标生成全局无碰撞路径，经 VLC 下行离散指令下发；遇到动态障碍，百毫秒级重规划。PS 上还跑一个轻量 Web 监控服务，实时展示全局画面、路径叠加与链路状态。这一层回答"终端零计算凭什么敢"：因为看得全、算得快的算力都在这里。

图 38：嵌入式 Linux 开发的工作对象——单板机（图为同类形态）。LiSAC 的嵌入式 Linux 跑在 Zynq PS 侧：PetaLinux 裁剪系统、V4L2 收图、OpenCV 拼接鸟瞰图、A* 规划路径，全部是"嵌入式 Linux + CV"这条技术线的代码落点Wikimedia Commons，CC 许可

3.4 的小结：感知层由"光的尺子"与"看得见的眼睛"共同构成。VLP 的 10~20cm 精度对上 AGV 0.5 米栅格调度绰绰有余，且定位与通信共用同一套 PD 硬件——这是通感一体"零新增成本"的一面；LiDAR-SLAM 与嵌入式视觉补上光定位看不见的死角，A* 路径规划把"任务"翻译成"路径"——这是感知能支撑决策的另一面。感知的结果要发给谁？终端——这就是 3.5 节的主题：终端不需要算力，只需要把指令执行得足够稳。

3.5终端：把"听话"做到极致——两代小车的零计算执行

LiSAC 的终端本体：两个版本的小车

"终端零计算"不是一句口号，它落在两代小车上，每一代的架构都服从同一句话：ESP32 决定怎么走，STM32 保证电机稳定地走。第一代是基础验证平台，第二代是完整多频谱原型——两代共用同一套"分层"哲学，只是把感知与接入的层级逐步补齐。

第一代：基础验证平台（当前联调中）。主控是一块 STM32F103C8T6——它只当"电机伺服执行器"：读左右编码器、跑 200Hz（5ms 周期）的双电机 PID 速度环、输出 PWM 与方向、执行通信超时停车与急停。F103 不做循迹、不读 MPU6050、不碰 OLED——这些"传感与任务"全部交给 ESP32-WROOM32：它挂载八路红外循迹模块（I2C，地址 0x12）、MPU6050、0.96 寸 OLED（SSD1315/SSD1306 驱动）与四个按键，维护小车状态机（空闲/循迹/手动/停止/故障），用加权平均算黑线位置误差（权重 -7~+7），PD 转向生成左右轮目标速度，通过 UART 下发 F103。两块芯片之间走三端一致的 COBS 帧协议（命令 + 载荷 + 求和校验，0x00 帧尾，细节见下文"嵌入式开发"技术线），通信超时 200ms 即停车——这条安全底线写死在 STM32 里，ESP32 死机也停得住车。

底板也是自研的：不是买现成开发板，而是自己画原理图、自己打样。用立创 EDA 画原理图，嘉立创每月两次免费打样做 PCB。底板的关键设计决策都写在引脚规划里：I2C 总线只有一条（SCL=GPIO22、SDA=GPIO21），OLED、MPU6050、八路循迹三个设备全挂在这条总线上——共享总线省引脚，也逼着外设都走同一套协议；UART 用 GPIO17（TX）/GPIO16（RX）与 STM32 通信，四个按键占 GPIO32/33/25/26；预留 GPIO18/19/23/13/14 作为 SPI/中断扩展口。电源规划上分成 VMOTOR/5V/3V3/GND 四个网，每颗芯片附近放 100nF 去耦电容，A4950 电源侧加大容量储能电容；3.3V 与 5V 之间的电平问题用 0R 电阻或 74AHCT125 预留缓冲方案——先把坑在原理图上画掉，而不是在样机上抓瞎。

第二代：完整多频谱原型。主控升级为 STM32F407（同样的 PID 速度环与安全逻辑，算力更足），通信中枢升级为 ESP32-S3——它同时管理四条数据流：VLC 接收（PD 阵列 + 双自由度 FOC 云台跟踪天花板灯）、LTE Cat.4（移远 EC200S 模组）、Wi-Fi 与 LiDAR（RPLIDAR C1 激光雷达，360° 扫描）。二代车承载三件事：一是把"多接入"从概念变成真机——光、LTE、Wi-Fi 三条链路同时在车上；二是端侧安全保底——链路全断时，LiDAR 点云 + IMU 做轻量栅格 SLAM，只够让车安全停车或低速撤离，不做全局规划；三是云台对准——FOC 云台让 PD 阵列始终指向天花板光节点，这是"光优先"策略在机械层面的保障。FOC 在这里不是被砍掉的东西——被砍的是底盘电机的 FOC（PID 速度环足够），云台的 FOC 是跟踪精度的刚需。

两代车的"零计算"是一致的：都不装摄像头、都不跑全局路径规划、都不带 NPU。代际差异只发生在接入与感知的"入口"侧（加了光接收、加了蜂窝、加了雷达），执行侧永远是最朴素的 PID 速度环。这恰好是"基础设施中心化智能、终端轻量化执行"这句话的实物注脚——把"聪明"留在网络侧，终端每一代都只是把"听话"做得更稳。

终端"零计算"不等于终端"零智能"——运动控制还是终端自己的事。电机驱动用的是 H 桥驱动芯片（A4950）+ 霍尔编码器 + PID 速度环：编码器每转输出固定脉冲数，PID 控制器盯着"目标转速 vs 实际转速"的误差实时修正 PWM 占空比。

嵌入式开发 · 控制部分（STM32）：只干"电机伺服"一件事

STM32F103C8T6 是纯执行器：motorTask 每 5ms（200Hz）跑一次双电机 PID 速度环。位置式 PID（kp=0.5、ki=0.05、kd=0.01，输出限幅 ±100%），I 项"先加后限幅"防积分饱和（windup）；编码器走 TIM2/TIM3 四倍频计数，PWM 走 TIM1/TIM4，指令走 USART2。它的语言是三端一致的 COBS 帧协议：帧结构 = [命令 1B][载荷 N B][求和校验 1B]，COBS 编码后以 0x00 结尾——STM32（protocol.c）、ESP32（motor_uart.c）、上位机（device_link.py）三端同一份协议，这是"可复现"的第一条纪律。命令表：STOP / SET_SPEED（左右轮 int16 + 模式）/ ESTOP / SET_PID（六个 float32）/ PING / STATUS（六路状态回传）。安全底线写死在 STM32 里：通信超时 200ms 自动停车、半帧 50ms 重同步、急停锁死（需解除指令恢复）、坏帧计数上报。控制周期表：PID 5ms / 状态回传 20ms / 通信超时 200ms / PWM 10~20kHz——每一个数字都是为"200Hz 一拍不差"服务的。

图 39：嵌入式控制部分的工作对象——STM32 微控制器。V1 的 F103C8T6 只当电机伺服执行器（PID 速度环 + 通信超时停车），V2 的 F407 继承同一套控制逻辑、算力更足；跑在它上面的是"控制部分"的全部代码Wikimedia Commons，CC 许可

嵌入式开发 · 通信中枢（ESP32）：决定"怎么走"

ESP32-WROOM32（ESP-IDF v6.0.2 + FreeRTOS）是传感与任务层。八路红外（I2C 0x12）读回 8 个 0/1，按 -7~+7 权重加权平均成"线偏了多少"的连续误差，PD 转向（kp=3.0、kd=0.5）生成左右轮目标速度，20Hz 周期下发 STM32；MPU6050 用 DMP 解算姿态（400kHz I2C，IMU_Zero 六轴标定）；OLED 实时显示姿态与循迹状态。工程上按 ESP-IDF 组件化拆分：ir8_sensor / i2cdev / mpu6050 / ssd1306 / motor_uart / tcp_bridge / ota_client 各管一摊，彼此只通过接口说话。两个组件是"整车可无线调试"的关键：tcp_bridge 把 TCP 与 UART 双向透传（上位机经 WiFi 就能下发指令、调参），ota_client 走 esp_https_ota + A/B 双分区（固件升级在网页上点一下完成，不用开盖刷机）。

图 40：嵌入式通信中枢的工作对象——ESP32-WROOM32 模组。它挂载八路红外、MPU6050、OLED，跑循迹状态机与 COBS 帧链路，是"传感与任务层"的全部代码所在Wikimedia Commons，CC 许可

三端一致的语言：COBS 帧协议与鲁棒性机制

串口是一根"字节流"，它本身没有"帧"的概念——字节一个接一个流过去，接收方必须自己判断"哪里是一帧的起点、哪里是终点"。这是所有串口通信的头号问题：帧定界（framing）。LiSAC 用 COBS（一致开销字节填充）加求和校验，构成 STM32、ESP32、上位机三端共享的同一套"语言"——protocol.c（STM32）、motor_uart.c（ESP32）、device_link.py（上位机）三份实现逐字节一致，这是"可复现"的第一条纪律：任何一端改了协议，另外两端必须同步改，否则整条链路静默错乱。

为什么是 COBS，而不是"帧头 + 帧尾"这种更直观的方案？因为业务数据里天然会出现 0x00——车速为 0、角度为 0、float32 参数里的字节都可能凑出这个值。若把 0x00 当帧尾，帧中间的 0x00 会让接收方误判"帧结束了"，后半截就丢。COBS 解决的就是它：编码保证帧内绝不再出现 0x00，于是 0x00 可以安全地专用于帧尾。

LiSAC 用的是 COBS 的"无损变体"，有一个必须讲清、也最容易被三端写得不一致的细节：解码时要把被替换掉的 0x00 精确补回原位。标准 COBS 还原时只保证"数据流等价"，不保证 0x00 的位置逐位一致；本项目的变体按"块间补零"的规则，把每个隐藏的 0x00 插回它原来的位置，保证二进制数据（含负数补码、float32 的字节）完全还原。另一个边界是 0xFF：连续 254 个非零字节会强制终结当前块，而 254 字节的块与块之间不补零——这两个细节（块间补零、0xFF 块不补零）就是"协议一致性"最常翻车的地方，也是为什么三端实现必须逐字节对照。

一帧的完整结构：[命令 1B][载荷 N B][求和校验 1B] → 整帧 COBS 编码 → 末尾追加 0x00 帧尾。命令只有六条：STOP（停车）、SET_SPEED（左右轮 int16 + 模式）、ESTOP（急停）、SET_PID（六个 float32）、PING（探活）、STATUS（六路状态 + 坏帧计数）。六条命令覆盖"执行层要干的所有事"，不多不少——这也是"克制"原则在协议层的体现。

协议不能只"能通"，还要"坏了能自愈、坏了能定位"——鲁棒性机制是第二层设计，全部落在三端协议栈里：

这套机制的价值在于"每条都能被一个真实异常触发、每条都有明确恢复路径"——它回答的不是"协议怎么设计得漂亮"，而是"通信链路在真实世界里会怎么坏，坏了怎么不停车、不失控、可定位"。这也是"鲁棒性"与"能跑"的分野：前者承认错误会发生，并让错误可观测、可恢复。

3.5 的小结：终端这一层只有一句话——把"听话"做到极致。两代小车共用同一套分层：ESP32 决定怎么走（传感、状态机、循迹），STM32 保证电机稳定地走（200Hz PID 速度环、COBS 三端协议、超时停车安全底线）；终端不装摄像头、不跑规划、不带 NPU，"零计算"是分工的结果而不是能力的缺失。终端越简单，接入就越重要——它所有的"聪明"都来自网络侧，于是下一节回答：三条网如何协同。

3.6多接入：光优先、Wi-Fi 承接、LTE 兜底

LiSAC 的终端同时拥有三条网：光链路（VLC）、Wi-Fi（局域）、LTE Cat.4（广域）。多网并存本身不稀奇，稀奇的是"怎么让它们协同"——这正是 3GPP 的 ATSSS 要解决的问题，也是 LiSAC 终端侧的技术骨架。而"频谱融合"落在 LiSAC 里，具体到不能再具体：就是在第二代小车的主控旁边，加了一块移远的 EC200S LTE Cat.4 模组。这一小块模组，把原本"光 + Wi-Fi"的局域组合，扩展成"光主接入 + 蜂窝备份 + Wi-Fi 兜底"的三级链路——频谱融合从一个宏大叙事，变成了 BOM 清单上的一个条目。

名词档案 · ATSSS：3GPP 的多网协同答案

ATSSS（Access Traffic Steering, Switching and Splitting，接入流量转向/切换/分流）：让终端和网络协调"流量走哪条网"。转向=新会话选路；切换=会话整体换网；分流=一个会话拆到多条网同时传。标准正文见 3GPP TS 24.193 与 TS 23.501。

蜂窝模组档位是 3GPP 按能力分级的老传统，LiSAC 的终端落在 Cat.4 这一档。从 Cat.1（物联网最低档，随 NB-IoT 生态普及）到 Cat.4（下行 150Mbps 理论、支持 VoLTE，工业物联网终端最主流的档位），再到 5G 模组，越往上单价越贵、功耗越高。LiSAC 选的是移远 EC200S——一颗典型的 Cat.4 全网通模组：下行 150Mbps / 上行 50Mbps 的理论速率，支持 LTE-FDD/TDD 双模，USB 与 UART 双接口，标准 AT 指令集，运营商网络直接插卡即用。选择逻辑有三条：其一，4G 是当前唯一"不需要自建网络就能获得真实覆盖"的 3GPP 接入——插上运营商 SIM 卡，任何一间实验室都有现成的蜂窝网络可测；其二，演示业务（状态上报、路径指令、小文件传输）用不了多少带宽，EC200S 级别单价百元级，5G 模组单价是它的 5~10 倍，对演示链路没有边际收益；其三，4G 在这里不是 6G 的替代品，而是多频谱接入体系的现实 RF 基线——毫米波、太赫兹等更高频段作为未来扩展，用于研究工厂遮挡、传播损耗与覆盖连续性问题。

VLC 的网络架构也在从"点对点光斑"走向"多用户接入网"——这是 LiSAC 多接入定位的产业注脚。综述口径的典型方案：光纤主干 + 星型拓扑的全双工 VLC 局域网，8 个可见光接入点（VAP）各服务 4 个用户、总吞吐 8 Gbit/s，且随子带数量增加可扩展至 40/100 Gbit/s；车联网侧则把两个前照灯当作发射器，按接收状态划分 SISO/SIC/MIMO 通信区域，用位置依赖的 MIMO 解复用应对车辆运动。这些架构的共性：VLC 不再是一对一的光斑，而是多用户接入网的一环——正因如此，LiSAC 的终端才需要"光优先、Wi-Fi 承接、LTE 兜底"的三网协同，而不是把光链路做成孤岛（来源：迟楠等，《光学学报》2025 特邀综述，第 3 节）。

ATSSS 在 LiSAC 里的落地程度是一个反复校准过的边界：对齐思想，不实现 splitting。落地形态写进 ESP32-S3 的通信栈——它是车上唯一同时握着三条链路的主控：

• 转向（Steering）——开机选路：终端开机按优先级选网——VLC 在场选光、Wi-Fi 在场选 Wi-Fi、两者皆无回退 LTE。优先级策略由上位机下发的策略表决定，对齐 3GPP 的"优先级式转向"。策略表是一张可热更新的路由表，演示时在上位机改一行参数，小车下一次任务就按新优先级走。
• 切换（Switching）——运行时换路：光链路的接收光强或误码率低于门限（典型触发：云台偏出覆盖窗口、障碍物挡住光路）时，会话从光平滑切换到 Wi-Fi/LTE——EC200S 的 AT 指令在 ESP32-S3 里被封装成"建链/断链/测信号"三个原语，切换动作就是一次"链路状态机"迁移，业务不中断，保活机制对齐 TS 24.193 的接入切换流程。
• 分流（Splitting）——明确不做：同一会话同时拆到光+Wi-Fi 需要核心网级 MA PDU 支持，我们不对接运营商核心网；且拆流后的重排复杂度与收益在演示场景不成比例。这个边界在 v10 里被锁死，留作未来扩展接口。

三级链路各自管什么，一句话说清：光管"室内高密度 + 电磁敏感"（VLC 主接入，承载下行数据与 RSS 定位），Wi-Fi 管"局域调试与数据"（实验室内网，上位机直连），LTE 管"广域保底"（出屋、出车间，业务不中断）。这套分工还有一个测量上的副产品：抗 EMI 对比实验——在变频器等工业干扰源开启前后，分别测 VLC、Wi-Fi、LTE 的吞吐、误码率与业务连续性。VLC 以光为媒介，天然避开射频干扰；Wi-Fi/LTE 作为 RF 基线呈现干扰下的劣化。实验结果既是三级链路分工的证据，也是切换策略的实验依据。

图 42：基站与蜂窝网络——LTE Cat.4 是 LiSAC 终端的广域兜底通道，与光、Wi-Fi 一起构成"三网协同"Wikimedia Commons，CC 许可

回到 01 节的频谱融合范式，3.6 节就是它的终端答案：三条链路（LTE/Wi-Fi/光）在同一个控制面下按场景调度，光负责室内高密度与电磁敏感，Wi-Fi 负责局域，LTE 负责广域保底；VLP 把定位折叠进光里；FOC 云台跟踪让"光优先"在机械层面成立——一切决策都指向同一个原则：用最便宜的路径满足最真实的场景，而不是为演示的华丽买单。产业端把频谱融合写进标准（802.11bb ELC、3GPP ATSSS、ETSI ISAC），LiSAC 把频谱融合做成一块 EC200S 模组加一套切换状态机——这就是这个项目在"新一代通信网"叙事里的完整姿态。两个板块到此走完：光为体（材料、信道与前端、物理层、感知）与终端为用（终端、多接入）——每一节回答了"这个技术为什么这样做"。

最后留一个"未来工作"的注脚：切换策略目前是规则式的（门限 + 优先级表），而学术界的下一站是用强化学习做切换。文献里已有两条可落地的路线：其一，用 LSTM/Bi-LSTM 预测终端的移动轨迹与链路质量，提前触发切换，避免"信号已经断了才切"的滞后；其二，用深度 Q 网络（DQN/DDQN）把"切换决策"建模成强化学习问题——状态是链路质量与位置，动作是选哪条网，奖励是吞吐与时延的加权——混合 AI 框架（Bi-LSTM 预测 + DDQN 决策）在异构网络垂直切换场景下已被验证能显著降低切换失败率与乒乓效应。把这两条路装进 LiSAC 的骨架是顺理成章的：状态空间（光强、误码率、位置）和动作空间（三条链路）已经齐备，切换日志就是训练数据——这正好接上 3.3 节"AI 是工具"的立场：先有规则基线，再谈智能增强（来源：MDPI Big Data and Cognitive Computing 10(5):139, 2025，Bi-LSTM+DDQN 垂直切换框架）。

3.7算力分层与云端闭环：云端认知、边缘决策、终端执行

算力放在哪一侧，是一个有历史的问题：端侧算力与边缘算力（MEC，ETSI 2014 年提出）在过去十年同时变强，而 5G/6G 的默认答案是把算力放在网络侧。LiSAC 的终端要的东西，边缘都有；终端没有的东西，边缘也都有——LiSAC 的终端任务是"收指令、跑直道、报状态"，感知量只需要"我在哪条线上、距离障碍多远"——这些由边缘侧的 LiDAR/SLAM 完成，通过无线链路把结果（路径指令）下发给终端；终端只保留"必须在自己身上"的东西：PID 速度环、编码器反馈、安全保底。这条分工的边界在 v10 中被锁死为"终端零计算"，选择本身写在 3.7 的决策块里，验收口径见 04 节阶段划分。

上位机是这套系统的第三块拼图：Flask Web 控制台（22 条路由、五个页面，细节见下文"网页端上位机"小节）。它跑在 PC 上，与小车经 Wi-Fi 直连或 USB 串口通信，做三件事：实时状态（轮速、PWM、循迹误差、IMU 姿态）、参数下发（base_speed、循迹 PD、电机 PID 在线调）、任务与日志（手动控制、急停、状态回放）。上位机不是玩具——它是 3.6 节"策略表下发"的物理载体，也是整套系统"可演示、可复现"的最后一环。

开发工具链是"全商用"承诺的最后一层：每一层都有现成工具，没有一行自造轮子。STM32 侧用 STM32CubeMX 配外设、HAL 库写固件；ESP32 侧用 ESP-IDF v6.0.2 与 FreeRTOS 任务调度（循迹、IMU、OLED、串口帧各占一个任务）；物理层在 Xilinx Vitis HLS 里写均衡器、Verilog 写同步与状态机（分工见表 22），定点化用 MATLAB Fixed-Point Designer 做 Golden Reference；底板用立创 EDA 画、嘉立创打样；上位机用 Flask 跑；整机联调用 Logic 16 逻辑分析仪抓 I2C/UART 时序。这套工具链的价值在于可复制性：不是"我们团队独有的手艺"，而是任何一间实验室照着文档都能复现的公开流程。

把这三层串起来，就是 LiSAC 的完整信息流：云端认知 → 边缘决策 → 终端执行。云端模型理解任务（"把这批货从 A 区送到 B 区"），边缘节点把它翻译成一条无碰撞路径（"沿哪条栅格走、什么时候停"），终端只负责执行路径的最后一步（"把轮子转到这个速度"）。指令一路下行，状态一路回传——回传的数据（轮速、位姿、链路质量）又成为云端模型下一次决策的输入。这是一个真正的闭环：每一层都依赖上一层的输出，也都在为上一层提供反馈。三层之间没有一层是"演示摆设"：云端模型可以换成任何任务（规划、调度、仿真推演），边缘节点是 3.3 节的 Zynq 光节点本身，感知来自 3.4 节的 VLP/SLAM/视觉，终端是 3.5 节的两代小车。

图 43：云端认知层——工业现场的全局任务理解与感知模型跑在云端：任务要什么、车间里有什么、车该去哪，都由这一层回答；它不直接控制任何设备，只输出"任务意图"Wikimedia Commons，CC 许可

图 44：边缘决策层——LiSAC 的算力全部集中在这里：SLAM 建图、路径规划、VLP 定位解算、上位机状态服务。它接收云端的"任务意图"，把它翻译成终端能执行的"路径指令"Wikimedia Commons，CC 许可

图 45：终端执行层——LiSAC 的终端形态原型：体积小、成本低、只执行指令。它的"地图"由边缘侧 LiDAR/SLAM 计算，路径指令经无线链路下发给它，它唯一要做的是把指令变成稳定的轮速Wikimedia Commons，CC 许可

网页端上位机 + 绘图（Flask + matplotlib）：驾驶舱与图表管线

LiSAC_Car_Console 是整套系统的"驾驶舱"：Flask 服务器（22 条路由，五个页面）与小车经 WiFi（TCP）或 USB 串口通信。状态监控页用 ECharts 画轮速/PWM/姿态实时曲线；控制页方向键 + 急停 + 速度档；PID 页六个参数滑块实时下发；固件页上传 .bin 触发 ESP32 OTA；日志页看后端日志。底层 device_link.py 实现与固件端完全一致的 COBS 协议，传输层抽象成 _SerialTransport / _TcpTransport 两个同接口类——串口与 TCP 共用同一套协议代码，加新通道只加类不改协议；真实设备离线时自动回退 MOCK 数据，前端开发与演示都不依赖硬件。绘图走同一条"可复现"纪律：报告里的每一张数据图，都是同一套 Python 绘图管线（matplotlib 出图、转 webp）产出的，与上位机共享一套工程规范。

云端与工程化：这套代码不只是"能跑"，而是"可移交"。所有代码托管在 GitHub（LiSAC 仓库），拥抱现代化开发流程：STM32 侧 CMake + CMakePresets（arm-gcc 交叉编译，CubeMX 生成的工程也能进 CI）；ESP32 侧 ESP-IDF 组件化（components/ 下每组件独立文档）；三端协议同步纪律写进 README（protocol.h ↔ motor_uart.h ↔ device_link.py 必须同步改）；上位机 requirements.txt + venv 一键起服务；关键代码都有中文注释与验收口径。工程化的标准是"陌生工程师照 README 能复现全部内容"——这和"全商用器件、MATLAB 唯一仿真平台"是同一条纪律的三副面孔。

3.7 的小结：终端零计算的决策不是"做不了"，而是"算过账"。终端要的东西（收指令、跑直道、报状态）不需要在本地跑任何感知模型，把算力留在基础设施侧换来的是终端成本、功耗、时延三降，以及"网络变聪明、终端变简单"的 6G 叙事。零计算不等于零智能：PID 速度环、编码器、安全保底仍在终端——被砍掉的是花哨，不是功能。至此，三条主线收束成一幅完整画面：光为体（3.1-3.3：光源、信道与模拟前端、物理层与 IC 设计）、感知与终端（3.4-3.5：空间感知与零计算执行）、接入与算力（3.6-3.7：频谱融合的三网协同、云端认知与边缘决策的闭环）——通感一体负责"传得对、测得准"，频谱融合负责"断不了"，算力分层负责"谁来做决策"。

收束：LiSAC 实物系统到底用了什么技术

把第三章散落在各节的技术名词，收成一张"实物系统用了什么"的清单——这才是 LiSAC 真正的技术底子。它不是一个概念演示，而是一条从材料到终端的完整链路，每一层都有具体器件、具体协议、具体参数：

这张表的读法：它不是"我们用过的所有技术名词"，而是"实物系统每一层真正烧进去、接上线、跑起来的那些技术"。通感一体落在"同一 PD 既通信又定位"，频谱融合落在"三网协同的状态机"，算力分层落在"Zynq PS 解算、终端只执行"——三者都在这张表里各就各位。

这张表同时回答了"可复现"三个字的具体含义：材料有合成配方（OPD+HNO₃ 180℃ 6h）、器件有货架型号（AD9767 / AD9238 / OPA855 / OPA847 / AD8331，合计 ¥4,804）、协议有字节级定义（COBS 六命令）、控制有确定参数（PID 三系数 + 5ms 周期）、算法有定点基线（14-bit Volterra）——任何一个陌生工程师照着这张表，都能判断出"LiSAC 到底做没做出来、做到了哪一步"。

系统实现策略

实现策略以"可演示"为单位划分：每一阶段结束都有可触摸的成果，上一阶段的产物直接成为下一阶段的实验平台。

风险分层与证伪指标

技术报告最有价值的部分不是"做了多少"，而是"哪些环节可能死，死了怎么知道"。风险按严重度分三层，每一层都给了可量化的证伪指标。

愿景：这套东西到底在回答什么问题

所有的技术细节讲完之后，值得回到最初的问题：LiSAC 究竟为了解决什么而存在？答案藏在一个日常事实里——我们生活的每一个空间，天花板上都亮着灯；而这些灯，此刻只用来照明。

先看三个具体场景，每个场景里"光"和"无线"的账单是错位的：

场景一：车间。一台 AGV 在产线间穿行，工厂里装了几十盏工业灯、几个 Wi-Fi 热点。问题从来不是"信号覆盖不到"，而是"信号不可靠"——金属货架、叉车、机械臂都是反射体，射频在多径里抖得像过山车，调度指令晚 200ms，整条产线的节拍就乱了。但灯呢？灯是车间里唯一视线内永远存在、永远亮着的东西。

场景二：医院。手术室与 ICU 是射频禁区——电磁兼容法规把 Wi-Fi 功率压到最低，因为医疗设备不能赌"干扰恰好不发生"。可医院的天花板上同样亮着灯。把数据叠在灯光上，电磁敏感环境第一次有了"不占射频的接入"。这个场景里，光通信不是射频的替补，而是唯一选项。

场景三：地下空间。停车场、隧道、地铁站——GNSS 定位在这里集体失灵，室内定位要么铺蓝牙信标（要加装、要换电池），要么用 UWB（要加装、要授权）。而灯是地下空间本来就有的东西。灯载定位（VLP）把"定位信标"这件事，从"要花钱新增的基础设施"变成"已经在发光的灯的副产物"。

三个场景指向同一个判断：照明是唯一一个"已经无处不在、且永远在线"的基础设施，而它至今只干了一件事——发光。LiSAC 的主张不是"用光替代射频"，而是"把光已有的基础设施，折叠进无线接入的账单里"——这就是"零新增基础设施"的真实含义：通信与定位系统需要的每一次部署，都发生在照明系统已经完成的部署之上。

这也是"通感一体"在本项目里的完整姿态：一束光同时干两件事。它承载数据（通信），也携带身份与位置（定位）——接收端看到哪盏灯的光，就拿到了"我在哪个格子里"的答案。6G 标准把 ISAC 列为三大新能力之一，LiSAC 用一套全商用、可复现的实物链路，把这个概念从论文压缩到"可以装进任何一间实验室"的规模。

最终愿景：以碳点 VLC 为物理载体、多频谱通感一体化为核心架构的 6G 工业专网最小验证系统。它由三部分组成，每一部分都是一句可执行的话：其一，碳点 CD-WLED 光网络节点——一盏灯同时干四件事：照明（本职）、光通信（数据载波）、全局视觉（灯在最高处，视角天然覆盖全场）、边缘计算（每个节点都是一台小边缘服务器）；其二，地面移动任务决策轻量化终端——VLC / LTE / Wi-Fi 三网异构接入，光优先，链路全断时自动降到端侧安全保底（LiDAR + IMU 轻量栅格 SLAM，只保安全停车与低速撤离，不做全局规划）；其三，云端模型与 Zynq 边缘节点——云端负责任务理解与全局感知模型，Zynq 边缘负责路径规划与指令下发。三者合起来，就是"云端认知 → 边缘决策 → 终端执行"的最小闭环——不是 PPT 上的分层图，而是每一层都有实物落点的架构：终端是 3.5 节的两代小车，边缘是 3.3 节的 Zynq 光节点与上位机，节点是 3.1~3.3 节的碳点 LED 链路。

这个愿景不局限于工厂——它是一套"光为体、频谱为用"的通感范式。民用侧：无人机蜂群可见光/红外通感同传——编队里每架无人机既是通信节点也是感知节点，机间链用可见光/红外（不占射频频谱、不易被截获），蜂群与地面无人系统之间用 ISAC 波形协同定位与感知；军用侧：下一代空中作战平台与忠诚僚机多波段协同——有人机与无人机群之间的多波段协同通信，正是 6G 军事应用的重点方向之一（与 01 节引用的 ISAC 协同感知综述同源）。

必须说明边界：愿景描述的是架构方向，不是当前进度。LiSAC 现在的实物是两代小车、一条真实的光链路、一套网页控制台——三段式愿景里，第二段（终端）与第三段（边缘 + 云端）已有实物雏形，第一段（碳点光网络节点）正是当前攻关的核心（碳点 LED 与 25Mbps 链路的全部细节见 3.1~3.3 节）。愿景的价值是给每一阶段的验收一个"为什么"的坐标，而不是给当前进度贴金。

愿景收束成一句话：在一个照明已经铺满世界、接入却依然昂贵的时代，LiSAC 证明了一条可行的中间路线——不追求光通信的世界纪录，而追求"任何一间有灯的厂房，都能把灯变成接入与定位基础设施"的可复制方案。它是一份用实物写成的回答：问题（照明闲置）、路径（灯载通信与定位）、成本（全商用可复现），三者被一条真实的链路串起来，而不是停留在 PPT 上。

最终交付：一套实物系统，加一套配套网页端

这套项目的交付物不是一份文档，而是两样可以摸、可以看、可以复现的东西。其一，实物系统：双节点 WDM 全双工光链路（蓝光下行 25Mbps / 红光上行 3Mbps、2×2 MIMO-OFDM 物理层、碳点红光通道、Volterra 均衡）与两代小车（基础验证平台 + 完整多频谱原型）组成的完整链路——从 Zynq 光节点到车载 EC200S Cat.4，每一块器件都是货架商品，每一个接口都有文档，任何一间实验室照着 BOM 清单都能组装复现。其二，配套网页端：Flask Web 控制台是整套系统的"驾驶舱"——实时链路速率与误码率、全局画面叠加路径规划、小车状态（云台角度、电机转速、IMU 姿态）、三网切换状态与策略表下发、任务下发与干预，全部在一个浏览器页面里完成。实物系统负责"把信号传对"，网页端负责"把状态看透"——两者缺一，演示就不完整。

验收口径因此也很具体：光链路在 FEC 门限以下稳定工作（BER 实测曲线可复现）、终端三网协同在遮挡瞬间完成切换（业务不中断）、网页端实时反映链路与小车状态（刷新延迟可感知）——这三条达标，LiSAC 就从"项目"变成"可交付的系统"。也就是说：灯亮了，小车动了，网页上的曲线跟着走了——整个闭环里没有一步是演的。

结论

LiSAC 的核心主张可以压缩成一句话：在一个照明基础设施已经存在、无线接入却仍然昂贵的时代，灯载通信与多网协同是确定性最高的增量路线。

项目的技术纵深（材料、物理层、均衡器、多接入）都有文献与市场数据的锚点，选型口径（v10 定稿）与实现策略（04 节）完整可追溯，成本结构全商用可复现。它不追求 VLC 世界纪录（31.38 Gbps 由 GaN 阵列创造），而追求一条"全链路真实、每一环都可复现"的工业接入演示链。

系统的成色由两个关键实验决定：均衡器对比实验的实测 BER-SNR 曲线（Volterra vs CNN），与 VLP 定位的 10~20cm 精度验收。前者验证"AI 是工具不是卖点"的判断，后者验证"零新增基础设施的定位"承诺。

数据来源

1. [1] Mordor Intelligence：《Visible Light Communication Market》，2026-07（市场规模 / CAGR / LED 组件份额 / 区域增速）
2. [2] Grand View Research：《LED Lighting Market》，2025（LED 照明存量 / 智能 LED CAGR）
3. [3] HMS Networks：《Industrial Network Market Shares 2026》（工业无线占比 7%、以太网 79%）
4. [4] IEEE Std 802.11bb-2023：《Light Communications MAC/PHY》，2023-11
5. [5] ETSI ISG ISAC：GR ISC 001（用例）/ GR ISC 002（信道模型）/ GR ISC 004（安全），2025
6. [6] Guo et al.：《Carbon Dots for Visible Light Communication》，2023（165MHz 带宽 / 250Mbps）
7. [7] MDPI Photonics 11(11)：多色荧光粉 LED 通信，2024（CRI 90、上升时间 -31%、jitter -39%）
8. [8] Wang, Y. & Chi, N.：《Demonstration of Gigabit-Scale MIMO-OFDM VLC》，Opt. Lett. 39(19)，2014（1.5 Gbps、预均衡 7.5-9.4dB）
9. [9] PhotoniX 2024：2×2 MIMO-VLLC 13.2 Gbps（净 12.27 Gbps，405nm，2.2GHz）
10. [10] Opto-Electronic Science 2023：GaN LED 阵列 31.38 Gbps
11. [11] Opt. Lett. 46(18) 2021：ANN 均衡器 8.75 Gbps；MDPI Photonics 9(11):845 2022：Volterra-aided CNN+LSTM（2.5dB / 14.2dB）；复旦深 LSTM 2022（PAM4 1.15Gbps、Q+1.2dB）；MDPI Photonics 10(9):960 2023：BiGRU 免导频接收机（参数 -19.69%）
12. [12] Mordor Intelligence：《AMR & LiDAR SLAM Market》，2026-07（AMR CAGR 15.31%、LiDAR SLAM 份额 40.88%）
13. [13] Valuates：《SLAM AGV Solutions Market》，2025-03（$574M/2024 → $1,975M/2031，CAGR 19.3%；相机方案 500-2000 美元）
14. [14] Growth Market Reports：《Visible Light Positioning Market》，2025（$870M/2024 → $7.3B/2033，CAGR 27.8%）；WiseGuy Reports（$2.21B/2025 → $15B/2035，CAGR 21.1%）
15. [15] 3GPP TS 24.193 / TS 23.501（ATSSS，Rel-16）；TS 23.700-92（Rel-18 ATSSS_Ph3 研究项）；RFC 6824（MPTCP）
16. [16] IEEE Access 综述：VLP 精度综述（cm~dm 级可与 UWB 竞争）
17. [17] IEEE J. Lightwave Technol. 32(8) 2014：首次实验验证 ANN 均衡器在低带宽白光配置下 170Mb/s OOK；CSNDSP 2022：ANN 均衡器室内 VLC 系统对比