在有关未来通讯技术方案里,有人认为5G完全能够满足日常的需求,也有人觉得wifi才是未来的主流。为什么我们不能够直接使用随处可见的灯光来进行上网呢?

其实早在2008年就有人进行基于照明白光LED的可见光通信(LiFi)技术的研究。在可见光通信系统中,LED可以同时实现照明和通信功能。就是这么一个看似完美的上网技术为什么没有发展起来呢?

‬1、有光就行,被寄予厚望的Li-Fi技术

光照上网技术(又称灯光上网技术,英语:Li-Fi,英文全称:Light Fidelity),是利用可见光通讯技术(VLC)来实现互联网的信息传输。通俗说,光照上网技术就是将LED灯这样的可见光作为信息传输的发射源,再通过控制通过控制器控制灯光的通断,从而控制光源和终端接收器之间的通讯。

英国爱丁堡大学的教授哈罗德•哈斯(Harald Hass)在2008年开始可见光通讯研究,直到2011年哈拉尔德•哈斯和他的团队才宣布发明了一种新的信息传输技术,即利用闪烁的灯光来传输数字信息,这就是Li-Fi。

而之所以命名与Wi-Fi这么相似,是因为它的应用场景和Wi-Fi很像,而且当时人们对它寄予厚望,觉得它未来会完全取代Wi-Fi。

2013 年复旦大学某实验室实现在一盖1W 的LBD灯光下4 台电脑就能上网了,并且在实验中,最高单向传输速率达到 3.7G 每秒,创造了可见光无线通信领域的单向传输速度纪录。同年pureVLC(又称pureLi-Fi)公司以5000英镑的价格向一家美国医疗卫生供应商出售了第一台Li-Fi设备。没过多久,英国科研人员又把离线速率刷新到10Gbps。

2015年,中国把实时通信速率提高至50Gbps。并且根据国外媒体报道,牛津大学的研究人员已完成100Gbps可见光通信试验。并预测该通信系统的最高速率能达到3Tbps!

2019年,PureLiFi推出了为整合到移动电话和消费电子产品而设计的千兆位组件。同年12月OPPO向国家知识产权局提交了Li-Fi相关专利申请,并于2020年7月31日正式公布。

2020年8月Nav公司已在‬许多‬家‬医院建立了基于LI-Fi的通信设施。

并且据市场调研机构Reportlinker发布的报告,Li-Fi市场在2019年的市场规模为1.43亿美元,预计到2025年将达到35.2亿美元。

2、Li-Fi工作原理及优势

Li-Fi从属于VLC(可见光传输)范畴,早在2015年VLC已经有了一个初始版本协议:IEEE 802.15. 7。与WIFI定义在LAN(也就是WLAN,无线局域网)上不同的是,Li-Fi从协议上来看是被定义在PAN(即个域网)上。可能的原因是其传播范围受限(即电磁波可以穿墙,而可见光的穿墙性不是很好)。

其实Li-Fi的工作原理并不复杂。首先给普通的LED灯泡装上微芯片,然后就可以控制它每秒数百万次闪烁,亮了表示1,灭了代表0。由于频率太快,人眼根本觉察不到,但是光敏传感器却可以接收到这些变化。就这样,二进制的数据就被快速编码成灯光信号并进行了有效的传输。

其实光和无线电波一样,都属于电磁波的一种,所以Li-Fi和Wi-Fi传播网络信号的基本原理是一致的。那么Li-Fi和Wi-Fi的区别是什么呢?

Li-Fi相比于Wi-Fi拥有给更高的带宽和更高的效率:可见光的频谱带宽是目前电磁波带宽的 10000 倍,所以Li-F的单个数据信道的带宽就可以很高,也可以容纳更多的信道作并行传输,因此在多台设备同时上网时不会影响无线传输速度。非常适用于医院、军工设备等对电磁波非常敏感的地方。

而且Li-Fi更加的节能环保,目前广泛应用的蜂窝网络、Wi-Fi设备都存在着发热量大及能量转化率低的问题。而Li-Fi依托于LED这种低能耗设备,不需要额外使用额外的Wi-Fi 路由器等耗能设备,不存在能量转换率低和发热量大的问题。

Li-Fi更高的安全性能:由于光无法穿墙传输信号,因此不会出现“蹭网”现象,如果有人想要入侵你的网络,那么必须处在同一个房间之中。同时Li-Fi的上行和下行信道是独立运行的,因此需要侵入两个信道才能完成一次真正意义上的攻击。这些特性给Li-Fi带来了更高的安全性。

‬3、Li-Fi先天不足所带来的瓶颈

Li-Fi首先需要解决的便是光的传输问题。在通讯上,当电磁波的频率越低时,其抗干扰能力和穿透能力越强,允许的最大传输距离也就越大。而可见光通信的速率看上去很高,但是实验室里面都是短距离理想环境下测试的,传输距离稍微远点,速率就下降得厉害。而且如果挡住了光,就没信号了。并且和电话信号、Wi-Fi等可以借由人造卫星覆盖全球的技术不同的是,由于存在太阳的干扰,目前Li-Fi更多的应用设想是室内的智能家居场景。

并且相比于一个家庭可以共用一个Wi-Fi路由器来供应全家的Wi-Fi,Li-Fi必须要每个家庭成员的附近都有一个正在运行的Li-Fi灯泡。

‬4、Li-Fi技术总结展望

总而言之,可见光通信确实在理论传输速率、部署、成本、零电磁辐射等方面存在明显优势。但是基于 LiFi 发展所遇到的这些瓶颈,可见光通信将不能完全取代无线通信,而在一些特定应用场景中,如医院、高铁、飞机机舱内、油气,矿井等,可见光无线通信系统则将成为最佳选择。

目前我所能想到的比较方便实用的应用方向有:在飞机内,旅客通过座位上方的阅读灯入网、在医院,通信网络可依赖于 LED 照明系统进行短距离通信、智能家居应用场景,使用照明灯替代全屋Wi-Fi进行网络覆盖。

我相信随着技术的发展,Li-Fi肯定能够在某些特定场合下大放光彩,但是指望它短时间内替换掉Wi-Fi或基站,肯定是不可能的。