不久前，國際電(dian)氣電(dian)子工(gong)程師協會(hui)(IEEE)正式(shi)宣(xuan)布已通過 802.11bb 并(bing)將其添加為(wei)基于光的無線(xian)通信(xin)標(biao)準。
這意味著，基于光波(bo)的無(wu)(wu)線傳(chuan)輸——即Li-Fi，無(wu)(wu)需與(yu)WiFi競(jing)爭(zheng)，而是并列于無(wu)(wu)線局域網的物理層。
而標準的發布不僅是成功將“Li-Fi”帶入了大(da)眾(zhong)視(shi)野，更重要(yao)的(de)是將(jiang)為光通信的(de)發展(zhan)與普及提供統一的(de)技術(shu)規范和接口。
或(huo)許(xu)很多人(ren)并不熟悉(xi)Li-Fi，但這一看就是Wi-Fi的“親戚(qi)”。
那么，Li-Fi到底是如何工作的?其相較于Wi-Fi有哪些優勢與不足?有什么樣的用武之地呢?
開燈有網?LiFi比WiFi快100倍
早在2008年英(ying)國愛丁堡大學(xue)的教授哈羅德·哈斯(si)(Harald Hass)就開始了可見光(guang)通訊研究。
2011年10月，哈羅德·哈斯教授在當年的全球科技娛樂設計大會(TED Global)上首次公開提出Li-Fi這一概念。
Li-Fi (Light Fidelity) 是一種基于可見光通訊 (visible light communication，簡稱 VLC) 技(ji)術(shu)，能達到(dao)雙(shuang)向、高速無線(xian)網絡傳輸(shu)的科(ke)技(ji)，屬于光學無線(xian)通信 (Optical wireless communication，簡稱 OWC) 中的一種。
通俗來講，Li-Fi就是以各種可見光源作為信號發射源，通過控制器控制燈光的通斷，從而控制光源和終端接收器之間的通訊。換(huan)言之，大家(jia)熟悉的(de)(de)無線通(tong)信(xin)系統 Wi-Fi 使用的(de)(de)是(shi)無線通(tong)信(xin)射(she)頻 (RF) 訊號，而 Li-Fi 則使用的(de)(de)是(shi)可見光(guang)。
也就是說，Li-Fi技術可以借助已有的LED設備，在燈泡上植入一個小小的芯片或模組，使其變成一個Li-Fi AP，這樣Li-Fi AP接(jie)入(ru)網(wang)絡后(hou)，其他支持Li-Fi的設備(bei)就能在范(fan)圍(wei)內接(jie)入(ru)網(wang)絡。
Li-Fi其實是通過調節光(guang)線頻率來傳播數據的，但這種調節下燈(deng)泡閃爍速度極(ji)快(kuai)，可達每(mei)秒(miao)百萬(wan)次以上(shang)，而且不(bu)會影(ying)響燈(deng)光(guang)強度，因(yin)此人眼根本察(cha)覺不(bu)到閃爍和(he)燈(deng)光(guang)變(bian)(bian)化(hua)，但Li-Fi設備上(shang)光(guang)電二極(ji)管這樣的光(guang)敏傳感器卻能感受到其變(bian)(bian)化(hua)。
由于Li-Fi所使用的可見光頻段、頻譜范圍非常寬，所以Li-Fi的單個數據信道的帶寬就可以很高，也可以容納更多的信道作并行傳輸，從而讓整個傳輸速度大幅度的提升，甚至可以達到傳統Wi-Fi傳輸速度的100倍。
更重(zhong)要的是(shi)，目前廣泛應用的蜂窩網絡、Wi-Fi設備都存在(zai)著發(fa)熱量(liang)大(da)及能量(liang)轉化(hua)(hua)率(lv)(lv)低的問題。例如，蜂窩網絡基站(zhan)內的設備，其(qi)頻率(lv)(lv)不(bu)高(gao)，能量(liang)轉化(hua)(hua)率(lv)(lv)不(bu)足一(yi)成(cheng)(cheng)，其(qi)余九(jiu)成(cheng)(cheng)多(duo)的能量(liang)都轉化(hua)(hua)成(cheng)(cheng)熱量(liang)，需要引入冷卻設備以保持(chi)正常運行。
而Li-Fi顯然(ran)就無(wu)需考慮能源轉(zhuan)化問題，LED相對于傳統燈泡更加(jia)節(jie)能，極低(di)的發熱量使其不需要冷卻設(she)備也能穩定運行。
此外，由于光無法穿墻傳輸信號，這也就意味著Li-Fi的安全性很強，可以有效(xiao)避免(mian)人們日常(chang)使(shi)用Wi-Fi所遇到(dao)的“蹭網(wang)”現象。
同(tong)時，Li-Fi的上(shang)行和下(xia)行信道(dao)是獨立運行的，黑客必須(xu)處(chu)在同(tong)一個房間之(zhi)中，并侵入兩(liang)個信道(dao)才能完成一次真正(zheng)意義上(shang)的攻擊。這無疑(yi)是提升了通信的安全性(xing)。
功過(guo)參半，保障安全的(de)同時，光線傳(chuan)輸也帶來(lai)了傳(chuan)輸范圍的(de)挑戰，若燈光被阻擋或光源(yuan)一旦消失，網絡信號將被切斷。雖然(ran)(ran)經(jing)過(guo)墻面反射的(de)光線依然(ran)(ran)可以傳(chuan)輸數(shu)據，甚至能(neng)保證(zheng)到70Mbit/s的(de)速(su)度，但穿(chuan)過(guo)墻體這樣的(de)操作(zuo)就并非Li-Fi可以輕易(yi)實(shi)現的(de)了。
同(tong)樣(yang)，正(zheng)因為光無(wu)法穿(chuan)墻，相比于一個家庭可(ke)以有一個Wi-Fi路由器來(lai)供應全家的網絡(luo)接(jie)入，而Li-Fi必須(xu)要每個家庭成員的附近都有一個正(zheng)在(zai)運行(xing)的Li-Fi燈(deng)泡。
潛力無限?聊聊Li-Fi用武之地
仔(zi)細(xi)算來，Li-Fi面世也(ye)已經十余載(zai)了，在傳輸(shu)速度、安全(quan)性等方面有著較大優勢(shi)，卻遲(chi)遲(chi)沒有迎(ying)來更加廣闊的(de)應(ying)用空(kong)間，主要原因(yin)也(ye)是(shi)可見光的(de)通信方式功過參半，也(ye)會在一定程(cheng)度上限制其規模化應(ying)用。
首先是可見光通信(xin)的(de)(de)抗(kang)干(gan)擾(rao)能(neng)力(li)較差，“關(guan)燈即斷網”，而在人員密集的(de)(de)場所，人的(de)(de)活動軌跡都可能(neng)對不同(tong)位(wei)置的(de)(de)光線造(zao)成影(ying)響，從而對Li-Fi產生(sheng)干(gan)擾(rao)，導致卡(ka)頓。
其次，面對光纖覆蓋率極高的國內市場，Li-Fi想要像Wi-Fi一樣走入千家萬戶并非易事。同為光通信的光纖在終端配套上更加成熟，從手機等智能硬件，到智能家居設備幾乎都(dou)裝(zhuang)載了Wi-Fi模(mo)塊(kuai)，而Li-Fi模(mo)塊(kuai)的(de)成本尚未能(neng)夠與其抗衡，所以(yi)也很難撬動這(zhe)些應用(yong)場(chang)景。
由(you)于Li-Fi的(de)有效范圍較小，和電話(hua)信號、Wi-Fi等可以借由(you)人造(zao)衛(wei)星覆蓋(gai)全球(qiu)的(de)技術(shu)不(bu)同，部分地區(qu)很難落地應用。
那Li-Fi還有用武之地嗎?
當然有!
對比來看，Wi-Fi的普及在于其普適性，90%以上的網絡環境都可以采用Wi-Fi進行數據傳輸。但在一些特殊的環境中，Li-Fi有著得天獨厚的優勢，比如：無線電不易覆蓋、對無線電信號敏感的特殊空間、在特定的空間內的大量信息傳輸以及對安全性要求極高等場景。
因此飛機、醫院和軍事(shi)應用等場景恰恰能夠成為Li-Fi的試煉場。
具體來看，飛機(ji)(ji)是一(yi)個對無線(xian)電(dian)(dian)信(xin)號敏感(gan)的(de)(de)特殊(shu)空間。首(shou)先，飛機(ji)(ji)客艙內需要考慮(lv)電(dian)(dian)磁兼容問題(ti)，不(bu)得和其他無線(xian)電(dian)(dian)信(xin)號發生干擾(rao);第二，飛機(ji)(ji)里人員密集，對網絡需求量可能(neng)比(bi)較大，需要提升(sheng)傳輸速率;第三、由(you)于使用環境的(de)(de)狹小和特殊(shu)性，走線(xian)是否方便也是飛機(ji)(ji)客艙實現無線(xian)通信(xin)的(de)(de)問題(ti)之一(yi);第四，發熱(re)量大、能(neng)量轉化率、運行(xing)穩定性和安全性等，也都是飛機(ji)(ji)客艙實現和控制(zhi)無線(xian)通信(xin)所要優先考慮(lv)的(de)(de)問題(ti)。
而Li-Fi的(de)優勢就體(ti)現出來了。早在(zai)三年前，法國航空公司Latecoere集團和(he)巴黎初(chu)創公司Oledcomm聯手推出機上Li-Fi網絡，理論上可以為每個座(zuo)位提供100Mbps的(de)網速。
在(zai)醫療(liao)(liao)場景中(zhong)，許多用于監(jian)護、檢(jian)測、檢(jian)查(cha)及(ji)治(zhi)療(liao)(liao)的(de)(de)(de)電子醫療(liao)(liao)設備(bei)都工作在(zai)2.4GHZ ISM頻段上(shang)。所(suo)以，在(zai)其周圍使(shi)用以2.4GHz作為工作頻率的(de)(de)(de)射頻無(wu)線(xian)通信技術(即傳(chuan)統Wi-Fi技術)進(jin)行無(wu)線(xian)數據(ju)傳(chuan)輸，則可能會(hui)與電子醫療(liao)(liao)設備(bei)相互干擾，不(bu)僅影響設備(bei)的(de)(de)(de)正常工作，終端通信質量也會(hui)顯著下(xia)降(jiang)。
顯然(ran)，Li-Fi技術(shu)可(ke)以(yi)巧妙的(de)避免(mian)這一(yi)頻段沖突(tu)，其與醫療設(she)備之間互不(bu)干擾，從而可(ke)以(yi)同時保證(zheng)設(she)備的(de)正常運(yun)行以(yi)及(ji)在不(bu)同環境中的(de)高質量通信。
此外，通過給予每個(ge)LED燈(deng)一(yi)個(ge)獨特的(de)ISP連接，亦可以(yi)實現高保密性的(de)信息傳輸，共(gong)享的(de)數據將(jiang)只提供給授權的(de)醫生、護士和病人(ren)，幾乎沒有個(ge)人(ren)信息泄露。
哈(ha)羅德·哈(ha)斯教授在2012年(nian)成立了(le)PureLiFi (又稱PureVLC)公司，成功實現了(le)利(li)用光(guang)傳(chuan)輸數(shu)據(ju)的(de)技術。隨后便在2013年(nian)開(kai)始了(le)商業化的(de)第(di)一步——公司以(yi)5000英(ying)鎊的(de)價格向(xiang)一家美國(guo)醫療(liao)衛生供(gong)應商出(chu)售了(le)第(di)一臺(tai)LiFi設備。
時至(zhi)今(jin)日，PureLiFi陪伴了Li-Fi的成長與發展，仍是行業內的領航企業。
PureLiFi在2018年推出了LiFi-XC套件，將以太網(wang)接(jie)入LiFi AP，改裝已有的LED照明網(wang)絡(luo)，然后借助附帶的USB LiFi Dongle，就可以讓(rang)電腦接(jie)入LiFi網(wang)絡(luo)。不過，其下(xia)載和上傳速率都只有43mbps，甚至(zhi)無(wu)法與2.4GHz的Wi-Fi網(wang)絡(luo)比(bi)肩。
2021年4月(yue)27日，美(mei)國駐(zhu)歐和駐(zhu)非軍隊投資420萬美(mei)元，與PureLiFi打造了一套基(ji)于LiFi的(de)無線通(tong)信(xin)系統，名為KiteFin。KiteFin也是全球首個大規模部署的(de)LiFi系統，將數千個LiFi單元部署在戰略環境下。
KiteFin，圖源(yuan)：電子(zi)發燒(shao)友網
借助LiFi自定(ding)義的(de)通(tong)訊傳輸范(fan)圍(wei)，美(mei)國(guo)軍隊消(xiao)除了數據泄露這樣的(de)安全隱患，又不存在被干擾的(de)可能，而且LiFi現場部署(shu)迅速，節省了建立通(tong)訊的(de)時(shi)間(jian)。
同年(nian)，PureLiFi還發布了(le)一(yi)個L-iFi應用(yong)于手機的視頻，展示了(le)兩臺支持Li-Fi的手機進行文件分享、屏幕分享的速度和質(zhi)量。
這(zhe)次(ci)展示中用到的兩臺手(shou)機(ji)(ji)(ji)并(bing)非定制機(ji)(ji)(ji)，而是套上了Li-Fi手(shou)機(ji)(ji)(ji)殼的手(shou)機(ji)(ji)(ji)，借(jie)助(zhu)手(shou)機(ji)(ji)(ji)殼上的光(guang)電傳(chuan)感(gan)器(qi)來傳(chuan)輸和接(jie)收Li-Fi信(xin)號(hao)。
而國內的手機終(zhong)端廠商，OPPO也在2021年披(pi)露過(guo)有(you)關LiFi的相關專利。
當(dang)時(shi)，知(zhi)名數碼大V@新潮電子徐(xu)林(lin)發布的視頻顯示(shi)，OPPO當(dang)時(shi)實現的是(shi)使用(yong)LiFi技術(shu)進行手(shou)(shou)機(ji)(ji)投屏的操作。在體(ti)驗的手(shou)(shou)機(ji)(ji)上(shang)部(bu)有一(yi)個(ge)(ge)類似紅外(wai)傳感(gan)器的模塊，可(ke)以通(tong)過(guo)光(guang)線發射數據信息(xi)，而(er)在電視端則有一(yi)個(ge)(ge)模塊用(yong)來(lai)接收(shou)光(guang)線信號，轉化成手(shou)(shou)機(ji)(ji)投屏的數據，并且基本上(shang)沒有什么延遲(chi)問題。
除了PureLiFi之(zhi)外，全球首個提供LiFi技術的全球性照明企業昕諾(nuo)飛也在持續推(tui)動Li-Fi的落地應(ying)用。其Trulifi無線光通信系(xi)統已(yi)經成功(gong)應(ying)用于(yu)意(yi)大利(li)、德國(guo)、美國(guo)以及荷(he)蘭(lan)等地的學校(xiao)，并在多(duo)個國(guo)家和地區開展了一系(xi)列的試點項目。
寫在最后
在應用方面，可(ke)見(jian)光通(tong)(tong)信(xin)(xin)其實還是擁有(you)廣闊市場的，可(ke)以廣泛應用于室內通(tong)(tong)信(xin)(xin)、車燈通(tong)(tong)信(xin)(xin)、水下通(tong)(tong)信(xin)(xin)和醫院、核電站等(deng)特(te)(te)殊場所的特(te)(te)定通(tong)(tong)信(xin)(xin)和定位(wei)系統。
尤其(qi)是(shi)(shi)在無線電頻段(duan)越來越擁堵之際(ji)，Li-Fi不是(shi)(shi)Wi-Fi的(de)替(ti)代品(pin)，而是(shi)(shi)對Wi-Fi傳輸場景的(de)補盲，畢竟(jing)非無線電是(shi)(shi)它最大的(de)優勢。
十余(yu)年(nian)中(zhong)，業(ye)(ye)內不乏領頭企業(ye)(ye)大(da)力推(tui)進，但至今沒有看到成(cheng)熟的規模應用。如(ru)今Li-Fi新(xin)的標(biao)準落地，對Li-Fi產(chan)業(ye)(ye)以及整個(ge)通信產(chan)業(ye)(ye)來(lai)說是(shi)(shi)一件(jian)重大(da)的利好事件(jian)，勢(shi)必將迎來(lai)新(xin)的發展(zhan)機遇，而如(ru)何與Wi-Fi、5G等無線傳(chuan)輸共(gong)存或許是(shi)(shi)其首先要解(jie)決的挑戰，這(zhe)也(ye)將成(cheng)為Li-Fi沖擊消費端、規模化應用的關鍵。
參考資料：
《面世(shi)十載(zai)，LiFi的(de)春(chun)天何時到來?》，電子發燒友網
《2022年LiFi市(shi)場將達(da)2千億美元 昕諾飛(fei)加速應用場景和項目(mu)落地》，電子發燒友觀(guan)察
維基百科：zh.wikipedia.org
