LiFi技术

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Li-Fi，完整拼写是Light Fidelity，即光保真技术。普遍观点认为，这项技术是由英国爱丁堡大学电子通信学院移动通信系主席、德国物理学家Harald Hass教授发明的。但实际上，早在2004年，这一技术就已被日本庆应义塾大学的Nakagawa教授提出。那时，这一领域的主要研究方向是激光和红外领域。而Nakagawa教授的灵感来源于LED产业的逐渐兴起，因为LED是固态器件，带宽很大。所以，Nakagawa教授萌生了将灯光转为信号的想法。于是，可见光通信技术应运而生。由此可见，Nakagawa教授是这项技术真正意义上的创始人。而多年以后，Haas教授提出了LiFi这个高端又平实的名字，并且让这一技术为大众所知。

LiFi技术是利用荧光灯或发光二极管等发出的肉眼看不到的高速明暗闪烁信号来传输信息的，将高速因特网的电线装置连接在照明装置上，插入电源插头即可使用。简单来说LiFi是运用已铺设好的设备(无处不在的LED灯)，通过在灯泡上植入一个微小的芯片形成类似于AP(WiFi热点)的设备，使终端随时能接入网络。该技术通过改变房间照明光线的闪烁频率进行数据传输，只要在室内开启电灯，无需WiFi也便可接入互联网。利用这种技术做成的系统能够覆盖室内灯光达到的范围，电脑不需要网线连接，因而具有广泛的开发前景。

可见光通信是利用半导体照明（LED灯）的光线实现“有光照就能上网”的新型高速数据传输技术。可见光通信技术绿色低碳、可实现近乎零耗能通信，还可有效避免无线电通信电磁信号泄露等弱点，快速构建抗干扰、抗截获的安全信息空间。它只是得一种利用快速的光脉冲来无线传输数据的技术。通过在灯泡上安装一个小的芯片，就可以让 LED 灯发出不同速率的光线，而且可以控制其快速开关，这一「开关开关」的动作就相当于计算机处理的二进制数据「0」和「1」。微芯片控制的开关速率极快，肉眼根本无法看到其变化，所以可以用来做高质量、高速率的无线通讯使用。可见光通信技术的数字传输中，最基本的信号就是‘1’和‘0’，如果我们将灯光打开状态设定为‘1’，灯光关闭状态设定为‘0’，那么通过灯光的开关就可以实现数字信号的传输，利用LED发出人眼无法看到的高速明暗闪烁的信号来传递信息,它每秒可闪烁数百万次，其二进制数据被快速编码成灯光信号进行传输，通过光敏传感器接收信号。如果将已有灯（灯遍布各个角落）植入一颗芯片，就成为类似AP（Wi-Fi热点）的终端随时都能接入网络。在条件足够的情况下，灯可用有线的方式接入骨干网络，让室内的所有设备都能进行无线通信接收。

2013 年的时候，单色 LED Li-Fi 信号的传输速率已经可以达到 1.6Gb/s，即最高下载速度每秒 200M，最新的数据显示速度已经可以达到 10Gb/s。艾登堡大学的研究人员还发现，如果用高能量和高光效率的激光二极管来替代LED，传输速率能提高 10 倍，实验室试验结果可达100Gb/s。

利用可见光传输信息及数据的技术，其核心技术则是在实现三网融合基础上，将芯片模块加在LED灯的电路中，便有了无线路由器、通信基站和GPS等功能的全新无线通信的传输方式。和传统技术相比，其可利用的带宽、安全性和私密性极高，无电磁干扰，也不需频段许可授权，就能以低成本实现高带宽且高速率地进行无通信的接入。同时也有很好的空间复用性，大面积地拓展网络覆盖面，也是对射频技术进行很好的补充，完全可以满足下一代新型多媒体通信的要求。

可见光通信技术可作为移动系统的重要通信补充的接入手段，频率资源非常丰富，可缓解用户应用无线频谱的紧张，在电磁受限环境或对电磁信号敏感的条件下可自由使用该系统，弥补了电磁覆盖范围的不足。

可见光通信系统，是用LED照明设备代替无线局域网的基站，不用再添加任何新的基础设施，而且非常安全对人体无电磁辐射的损害。只要在LED照明的范围内则可实现持续且高速的数据传输，可达到每秒数十兆甚至数百兆的速率，其光谱比无线电频谱要宽一万倍。另外，可见光通信系统的防泄密性极高，只要拉上遮光的窗帘，信息就不会泄漏到光照以外的地方。

可见光通信系统的核心就是在LED灯里加入微小芯片成为通信基站，甚至还具备GPS无法达到的精准定位功能。由此可见，利用照明LED灯光传输信息将是一种新兴的、绿色的及高速的无线通信方式。和传统射频通信相比，具有以下特点：

1、广泛性：LED的响应时间短、寿命长和无辐射，所有的LED灯都可成为互联网的基站。

2、高速率性：通信速度可以达到每秒数十兆甚至数百兆，未来的传输速度还有可能超过光纤的传输速度。

3、宽频谱：其频谱的宽度是射频频谱的1万倍，无需频谱的使用许可执照，也解决了全球无线频谱资源严重短缺现状。

4、低成本：利用已有的照明线路可实现光通信，不必新建基础设施。

5、高保密性：只要遮住光线，信息就不可能向照明区以外泄漏。

6、实用性：可以对无线通信覆盖的盲区作填补，如地铁、隧道、航海、机舱及矿井等无线通信不畅的区域。

即快、又不需要铺设新的基站而且还可以规避监管制度，那岂不是新一代的通讯神器？话虽如此，但是 Li-Fi也有着致命的缺点：光无法穿过物体，而无线电波可以穿过物体（部分）。光线也无法在我们的日常环境中进行折射，这就导致只要有东西挡着接收设备，Li-Fi 信号就会中断。无线电波则可以穿过一些物体，比如纸板、木板，还可以在一定范围内进行折射，通过多次折射，无线信号总能达到接收设备。在大规模普及之前，LiFi有几个大问题需要解决：

1、反向通信：从LED灯泡发射信号到手机上的光电二极管只解决了问题的一半，如何从手机发信号回去才能保证通信链路畅通（当然可以用无线电通信作为补充，不过这让这个技术的标准化变得很难）。没有人希望自己的手机在欣赏视频的时候还亮着大灯泡。但单向传输更适合LIFI，如果需要反向信号上网的话，每盏灯都必须装上网线，如果信号回传，接收设备也需要安装灯泡，而且还要对得很准，否则速度上不来。我们在很多地方其实是不需要信息回传的，例如电视、收音机、交通灯等你等，只需要做到信息从信息源下载。

2、环境干扰：环境光源有时候会工作在同样的光谱频段，这时候如果环境光源比较强，很有可能LiFi会无法正常通信，由于信/干噪比(SINR)太差。你能容忍太阳光太强的时候，屋里面没法正常通信吗——没错，你手里的红外遥控器在阳光太强的时候有可能会失灵，LiFi也一样。

3、通信距离：虽然在实验室中有论文号称通信能达到1Gbps的带宽，在一般没有专家指导的安装环境中，这实际上很难达到。可以期待的带宽应该在Mbps范围。

4、竞争技术：而且并不像LiFi的声称者所说的那样，无线电通信就不能做到LiFi的优点，实际上WiFi联盟正在制定一个新的标准802.11ad，在60GHz通信，也具有带宽大(~7Gbps)、距离短(~10m)、保密性能好(无法穿墙)等等特点。个人的经验，要知道一项技术好不好，不仅要听技术的倡导者怎么说，更要听技术的竞争对手怎么说。

5、关联技术：搞可见光通信，就意味着做出来的产品不仅要符合通信的标准，还要符合可见光的技术规范。相关的产品要有更多的认证工作要做，这可能不是一两年就可以完成的。而且怎么通过有线把通信网络接入每个灯泡，也不是那么简单的，目前比较有希望的是同电力线通信(PLC)联合。

6、标准化：目前802.15.7还刚刚起步甚至没有一个统一的标准，前面还有漫长的路要走，要形成一个有影响力的产业，不是一家公司能够做到的。目前来讲，产业链里面还缺少重量级的公司加入。

在我看来LiFi与WiFi并非竞争关系，而是一种互补的关系，LIFI技术适合应用在比较固定的场所，比如办公室上网可以体验较高的网速，能够有效地提高办公效率、进入商场可以连接上商场内部的LiFi，查询本商场的出售的商品信息、限时优惠活动、再比如教室，尤其是大学的多媒体教室，可以有效的帮助老师授课、分发课件等，也可应用在比较特殊的、对无线电敏感的场所，比如飞机上，在没有电磁波干扰下可以体验高速的网上冲浪，在公路上可以通过交通信号灯对车辆发布交通路况信息，车辆之间可以进行信息的交互，的增加了安全性。

可见光通信应用的市场定位尚不清晰。目前可见光通信的相关报道广泛活跃于各类媒体，其宣传的主要优点是高速性和广泛性，即利用无处不在的LED灯就能高速连接互联网。因此可见光通信会被拿来与技术成熟的WiFi相比较，并被取名为与WiFi相类似的LiFi。然而由于WiFi的技术非常成熟，用户在使用中没有感到有显著的不便之处，使得商家和通信方案解决商使用可见光通信替代WiFi的意愿并不强烈。加之目前4G基站建设日趋密集，4G体验越来越好，使无线接口的数量与人们上网需求的矛盾得到大幅缓解。这就使得可见光通信产业化的前景不再如前几年刚推出时那么引人注目。LiFi技术在突破上述的瓶颈之前还有很长的路要走，但我相信在某些领域这项技术会大放异彩。