《科学画报》
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Li-Fi,有光照就有网络
2019-08-08 02:50:00众所周知，Wi-Fi（无线保真）的横空出世对智能手机、平板电脑等各种移动通信终端的使用产生了巨大影响，员工可以在公司任何地方访问内部网络，人们可以在咖啡馆、酒店、机场等各种场所上网办公、聊天和玩游戏……然而，Wi-Fi也有一些不尽如人意的缺点，例如信号覆盖范围小、容易被黑客劫持、多人同时访问时速度容易变慢等。
2018年8月，首届中国国际智能产业博览会上传来喜讯——中国人民解放军战略支援部队信息工程大学联合东莞信大融合创新研究院等机构宣布，全球首款商品级超宽带可见光通信专用芯片组正式面世，标志着我国将率先迈入超宽带可见光无线通信时代。那么，超宽带可见光无线通信意味着什么？它将给人们日常生活带来怎样的巨变？
何为Li-Fi
所谓可见光无线通信（Li-Fi），实际上是一种使用可见光谱来提供无线网络接入的新技术，即利用半导体照明的光线来实现“有光照就能上网”的新型高速数据传输技术。 可见光无线通信的发射是通过LED(发光二极管)灯来调节光强度以实现的。尽管这种光线不能被肉眼感知，但是可以被一种光敏接收器读取为数据。实际上，研究人员是通过一种特殊的超宽带Li-Fi专用芯片组，控制LED灯的光线输出。该芯片组由光电前端芯片和数字基带芯片组成，可支持千兆比特每秒（Gbps）量级的高速传输，全面兼容主流中高速接口协议标准。因此，人类肉眼看不到的这种光线，可以调制信号高达每秒数百万次，其传输数据的速度要比Wi-Fi快100倍，比5G（第五代移动通信技术）快10倍。
研究人员表示，Li-Fi从概念提出到如今的实际应用，经历了近150年，它的研发成功并非是为了替代Wi-Fi，而是为了克服Wi-Fi存在的种种缺陷和问题。因此，Li-Fi问世后，无论人们使用智能手机还是平板电脑，Wi-Fi和Li-Fi将同时存在。届时，智能手机、平板电脑等都将拥有一个特殊的接收器和发送器来接收和发送Li-Fi光信号，与此同时，它们也有一个特殊的专用芯片组（包括编码器/解码器），将Li-Fi光信号转换成所需要的应用数据。 Li-Fi是如何工作的 专家告诉人们，LED灯比传统的荧光灯、白炽灯有更快的开关切换速度。如果给普通的LED灯加装微芯片组，就能控制LED灯以极快的速度闪烁（每秒闪烁数百万次），尽管我们的肉眼觉察不到，但是光敏传感器可以接收这些变化，从而利用LED灯发送数据。
因此，Li-Fi所用的LED灯与普通的LED灯之间有着诸多的不同，其中关键区别是Li-Fi所用的LED灯具有驱动电路，可以发送和接收无线信号，并采用不同强度的光线对数据信号进行编码、解码，它们既可以通过网络电缆连接到网络，也可以通过电源线连接并接收数据。
由此可见，Li-Fi实际上是一个拥有双向链路的通信模式，且在两端都使用了特殊的光电探测器，一端是在室内的LED灯中，另一端是在各种移动通信终端设备或嵌入其内部的无线发射器上，无线发射器可将数据发回到LED灯。因此，当室内有多个Li-Fi的LED灯时，移动通信终端设备会自动检测到一个信号最强的LED灯，并转移到该LED灯，以便让信号始终保持连接和最佳状态。
不言而喻，只要有LED灯照耀，无论是传输数据信息，还是进行语音、视频通话，甚至调节物联网设备的开关等，都可以轻松实现。而且，借助其超高的传输速度，人们使用起来更高效。
令人神往的技术优势
专家指出，Li-Fi堪称集高速度、高密度、低成本、无电磁辐射和高保密性于一身的现代化先进通信系统的典范，主要表现以下几个方面。
第一，Li-Fi与其他类型通信的射频频率完全不同，不存在造成频段过载及信号干扰的问题。使用Wi-Fi的各种移动通信设备，已经使得2.4吉赫和5吉赫频段趋于饱和状态，而虚拟现实、无人驾驶汽车和数十亿个物联网设备等新技术的异军突起，让2.4吉赫和5吉赫频段更不堪重负，雪上加霜。Li-Fi的频谱是整个300吉赫无线电频谱的1000倍，足以提供充裕的无线通道。
第二，在现有各种移动通信终端设备上添加Li-Fi，可谓是一种物美价廉的选择。不仅因为技术成本在迅速下降，而且我们只要在设备上增加一块编解码芯片，就能使得智能手机等的使用变得更便捷。
第三，由于Li-Fi使用的是可见光谱，不像Wi-Fi那样在室内可以穿透墙壁，Li-Fi无法穿透墙壁的“缺陷”，对安全连接而言却是一个“优点”。使用者可以不必担心被蹭网偷用，能够建立一个封闭的安全无线网络。
第四，Li-Fi可以被用于路灯、车灯，作为智能城市应用的接入点。比如，当车灯照到街边的路牌时，路牌可以给车辆导航仪传输附近的路况，并告知到达目的地最通畅的道路，让用户拥有更好的驾驶体验。
第五，Li-Fi可以布局在室内照明系统里，作为各种办公设备、家用电器连接互联网的出入口，构筑智慧办公、智慧生活。比如，只要在室内灯光照到的地方，就可以长时间下载资料等；早上起床打开灯，就能通过手机、电脑等，及时了解当天天气状况、最新出行信息以及国内外重要新闻等；家庭成员之间更能“秒传”分享数据信息。
不可估量的发展前景
Li-Fi是一项令人兴奋的新兴技术。其最为杰出的贡献是，突破了室内“最后10米”和短距离超宽带无线光互联的技术瓶颈，就像“城市轨道交通+公交驳接”解决居民出行“最后1千米”一样富有划时代意义，它开创了集绿色节能、短距离超宽带、无缆化光互联为一体的新兴应用通信的先河。在今后的时间里，Li-Fi将会像Wi-Fi一样无处不在。
有关专家描绘了Li-Fi的灿烂前景：目前，全球大约拥有由440亿盏灯构成的城市道路照明网络，一旦数百亿的LED照明设备与其他设备融合构筑成一个巨大的Li-Fi网，那么，每盏灯都可以用作高速网络的一个接入热点。人们在等车的时候，站在路灯下就可下载几部电影，甚至在飞机、高铁上也可借助LED光源进行无线高速上网，满足诸如室内网、物联网、车联网、安全支付等网络末端无线通信的需求，为“互联网+”提供一种崭新的接入方法。
未来数十年，Li-Fi将引领下一代的无线通信技术，将实现以虚拟现实为基本功能的场景，将足以形成万亿级年产值战略性的新兴产业，让我们拭目以待。
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