點(diǎn)亮一盞燈，電子設(shè)備就能連接入互聯(lián)網(wǎng)。近日，復(fù)旦大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)學(xué)院實(shí)現(xiàn)了利用屋內(nèi)可見(jiàn)光傳輸網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的國(guó)際前沿通訊技術(shù)。在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，研究人員將網(wǎng)絡(luò)信號(hào)接入一盞1W的LED燈珠，燈光下的4臺(tái)電腦即可上網(wǎng)，最高速率可達(dá)3.25G，平均上網(wǎng)速率達(dá)到150M。
究竟什么是Li-Fi？Li-Fi(Light Fidelity)是一種全新的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，屬于可見(jiàn)光通訊(Visible Light Communications，縮寫(xiě)為VLC)的范疇。光和無(wú)線電波一樣，都屬于電磁波的一種，傳播網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的基本原理是一致的。研究者給普通的LED燈泡裝上微芯片，通過(guò)微芯片控制LED燈泡的明滅變化，同時(shí)將二進(jìn)制數(shù)據(jù)編碼成光信號(hào)：燈亮表示1，燈滅表示0。由于頻率太快，人眼根本覺(jué)察不到，光敏傳感器卻可以接收到這些變化并解調(diào)出來(lái)。就這樣，二進(jìn)制的數(shù)據(jù)就被快速編碼成燈光信號(hào)并進(jìn)行了有效的傳輸。 LED作為半導(dǎo)體器件，這種高速的亮滅即開(kāi)關(guān)的通斷能力是它的特性，而白熾燈因?yàn)樵诹翜绲淖兓^(guò)程中非常容易被損壞，且亮滅變化動(dòng)作太慢，因而不具備這種通信功能。
作為無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖钪饕夹g(shù)，WiFi利用了射頻信號(hào)。然而，無(wú)線電波在整個(gè)電磁頻譜中僅占很小的一部分。而隨著用戶(hù)對(duì)無(wú)線互聯(lián)網(wǎng)需求的增長(zhǎng)，可用的射頻頻譜正越來(lái)越少。由于可見(jiàn)光頻段的可用頻譜范圍極寬，資源非常充足，所以科學(xué)家在設(shè)計(jì)Li-Fi無(wú)線網(wǎng)絡(luò)時(shí)，可以將通訊的信道寬度設(shè)得更大，并行的信道數(shù)目也可以設(shè)得更多，這樣一來(lái)數(shù)據(jù)的傳輸速度就能達(dá)到極大的提升。因此各國(guó)研究團(tuán)隊(duì)都將提高傳輸速率作為科研工作中重要的一部分，最高傳輸速率幾乎每個(gè)月都有刷新。據(jù)暨南大學(xué)理工學(xué)院的陳長(zhǎng)纓教授介紹，為了提高信息傳輸速度，許多研究團(tuán)隊(duì)都會(huì)將白光LED換成三基色或是五基色的光源，削弱了燈具照明的性能。
“紅綠藍(lán)三個(gè)顏色確實(shí)能夠混合出各種顏色的光，但是作為照明用的燈卻只能顯示這三種顏色，因此燈必須是連續(xù)光譜，而顯色性好的燈一定是全光譜的，不是幾個(gè)分離波長(zhǎng)就可以了。”除此之外，陳教授介紹另一種提高傳輸速度的方法是在調(diào)制方面做努力，“我們知道燈光能夠進(jìn)行0和1信息的傳輸，閃一次是一個(gè)比特，就是一位信息，但是現(xiàn)在現(xiàn)在一些研究團(tuán)隊(duì)為了提高信息傳輸率使用了十分復(fù)雜的調(diào)制方式�！钡顷愰L(zhǎng)纓教授認(rèn)為根據(jù)信息論，會(huì)導(dǎo)致信息傳輸錯(cuò)誤率的提高，因此在需要同時(shí)滿(mǎn)足信息準(zhǔn)確性和信息量的條件下，通信的距離就會(huì)受到限制�！翱梢�(jiàn)光通信，如果為了拼速度而將LED燈作為照明這一主要功能特質(zhì)犧牲了的話，那么很可能會(huì)誤入歧途。”
雖然Li-Fi技術(shù)在實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，但是仍然面臨著不少的問(wèn)題。
首先需要解決的便是光的傳輸問(wèn)題。在通訊上，當(dāng)電磁波的頻率越低時(shí)，其抗干擾能力和穿透能力越強(qiáng)，允許的最大傳輸距離也就越大。對(duì)于可見(jiàn)光來(lái)說(shuō)，由于其頻率是Wi-Fi、蜂窩網(wǎng)絡(luò)所用電磁波的幾十萬(wàn)倍，其抗干擾能力、穿透能力與這兩者相比也就大幅降低，只要在收發(fā)兩點(diǎn)之間用東西擋住這些光線，信息傳輸就會(huì)立刻中止，更加不用說(shuō)是穿墻而過(guò)了。哈斯認(rèn)為目前有簡(jiǎn)單的臨時(shí)解決方法�！叭绻庑盘�(hào)被阻擋，而用戶(hù)需要使用設(shè)備發(fā)送信息，即可以無(wú)縫地切換至射頻信號(hào)�！钡顷愰L(zhǎng)纓教授認(rèn)為，這樣的切換可以說(shuō)是多此一舉，他認(rèn)為燈光通信這一點(diǎn)恰恰是其優(yōu)點(diǎn)，由于可以有效地控制通信范圍，是唯一能與其他手段競(jìng)爭(zhēng)的優(yōu)點(diǎn)。要揚(yáng)長(zhǎng)避短，才能在商業(yè)上有所應(yīng)用。
另外，Li-Fi依賴(lài)于可見(jiàn)光進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，必須有光才能實(shí)現(xiàn)通信目的，有質(zhì)疑提出，如果是在白天使用Li-Fi難道也需要開(kāi)燈嗎？更有網(wǎng)友驚呼：“睡前躺在床上刷微博難道還得開(kāi)著燈？”當(dāng)Li-Fi工作環(huán)境中不止其自身一個(gè)光源的時(shí)候，環(huán)境光源如果和它工作在同樣的光譜頻段，且環(huán)境光源比較強(qiáng)的時(shí)候，Li-Fi很可能就將無(wú)法正常通信。因此復(fù)旦大學(xué)的科研人員在系統(tǒng)中使用了自行研制的窄帶濾鏡，可以一定程度上避免背景光的干擾；對(duì)于室內(nèi)的電磁干擾，噪聲主要在1MHz以下，他們?cè)谙到y(tǒng)應(yīng)用中也避開(kāi)了這個(gè)頻段。因此要實(shí)現(xiàn)高速的傳輸速度，還需要在空間內(nèi)布置更多的中繼站，以保證傳輸?shù)姆�(wěn)定性。
Li-Fi技術(shù)另一問(wèn)題則是反向通信。通信并不是單向的，只有有接收并且有反饋，才能稱(chēng)之為通信，上網(wǎng)不僅要做到數(shù)據(jù)的下載，還需要數(shù)據(jù)的上傳。目前各國(guó)研究團(tuán)隊(duì)的技術(shù)都能夠做到利用Li-Fi實(shí)現(xiàn)上網(wǎng)數(shù)據(jù)的下載，但是如何才能進(jìn)行數(shù)據(jù)的回傳與反饋，并且保證通信鏈路暢通呢？復(fù)旦大學(xué)遲楠教授介紹，針對(duì)數(shù)據(jù)上行，采用了兩套系統(tǒng)，分別是可見(jiàn)光上行和紅外上行。所謂可見(jiàn)光上行，即需要在電子設(shè)備上安裝一個(gè)燈泡，而紅外上行雖然肉眼看不見(jiàn)，但是速率卻較低。陳長(zhǎng)纓教授更是直言不諱，認(rèn)為可將光通信想要實(shí)現(xiàn)上網(wǎng)功能是“此路不通”，“可見(jiàn)光通信并不適合做信息的雙向傳輸，如果反向信號(hào)上網(wǎng)的話，每個(gè)燈必須接上網(wǎng)線。如果信號(hào)回傳，接收設(shè)備也要安裝燈泡，而且還要對(duì)得很準(zhǔn)，否則速度上不來(lái)�！标愰L(zhǎng)纓教授認(rèn)為單向傳輸更適合可見(jiàn)光通信，“我們又很多地方其實(shí)是不需要信息回傳的，例如電視、收音機(jī)、交通燈等等，只需要做到信息從信息源下載。例如航班信息下載，廣告信息下載等�！�
Li-Fi技術(shù)最核心也最實(shí)際的問(wèn)題，是芯片問(wèn)題。在復(fù)旦實(shí)驗(yàn)室，研究人員實(shí)驗(yàn)所采用的設(shè)備有兩個(gè)筆記本大小。想要縮小設(shè)備，就必須將芯片縮小，需要有資金支持芯片技術(shù)的研發(fā)。復(fù)旦團(tuán)隊(duì)追求信息傳輸?shù)乃俣�、信息量和�?zhǔn)確性，因此一個(gè)燈的功率無(wú)法滿(mǎn)足要求，需要非常強(qiáng)的光作為保證。所以他們將燈光聚焦在一點(diǎn)之后再用透鏡收集起來(lái)，有業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，這已經(jīng)“不是燈，而是光路了”，因此也如遲楠教授所說(shuō)，路還很長(zhǎng)。
當(dāng)談到可見(jiàn)光通信的未來(lái)時(shí)，陳長(zhǎng)纓教授表示，現(xiàn)在已經(jīng)有商業(yè)范例，例如韓國(guó)超市內(nèi)的定位系統(tǒng)，但是依舊停留在宣傳模型的階段�！艾F(xiàn)在可見(jiàn)光通信這個(gè)小白兔正在等烏龜，這個(gè)烏龜不是企圖去上互聯(lián)網(wǎng)，去取代wifi，而是等它獨(dú)有的應(yīng)用。如果能夠找到發(fā)揮可見(jiàn)光通信的特點(diǎn)——單向、中速、可控區(qū)域這三點(diǎn)加在一起的應(yīng)用，就能真正讓可見(jiàn)光通信發(fā)揮它的巨大作用�！�
LED燈是可見(jiàn)光通信中的重要環(huán)節(jié)，如何讓其從實(shí)驗(yàn)室走向千家萬(wàn)戶(hù)是目前最主要的問(wèn)題。而可見(jiàn)光通信對(duì)于LED燈的要求，究竟是以照明為主，還是以通信為主，仍舊是業(yè)界爭(zhēng)論不休的問(wèn)題。但不可否認(rèn)的是，任何一項(xiàng)新技術(shù)的完善都不是一蹴而就，唯有在質(zhì)疑中突破瓶頸，才能實(shí)現(xiàn)質(zhì)的飛躍。
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