不久前，國際電(dian)氣電(dian)子工(gong)程師(shi)協會(hui)(IEEE)正(zheng)式宣布(bu)已通過 802.11bb 并將其(qi)添加為(wei)基于光的無(wu)線通信(xin)標準。
這意味著，基于(yu)光波的無線傳(chuan)輸(shu)——即Li-Fi，無需與WiFi競(jing)爭，而是并列于(yu)無線局域網的物(wu)理(li)層。
而標準的發布不僅是成功將“Li-Fi”帶(dai)入了大眾視(shi)野，更重要的是(shi)將為(wei)光通信的發(fa)展與普及提(ti)供統一(yi)的技術規范(fan)和(he)接口。
或許很多(duo)人并不熟悉Li-Fi，但(dan)這一看(kan)就是Wi-Fi的“親戚”。
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(zao)在2008年英國(guo)愛(ai)丁堡(bao)大學的教(jiao)授哈(ha)羅德(de)·哈(ha)斯(Harald Hass)就(jiu)開始了可見(jian)光通訊研究。
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(ji)于(yu)可見(jian)光(guang)通訊(xun) (visible light communication，簡稱(cheng) VLC) 技(ji)術(shu)，能(neng)達到雙向、高速(su)無(wu)線網絡傳輸(shu)的科(ke)技(ji)，屬于(yu)光(guang)學無(wu)線通信(xin) (Optical wireless communication，簡稱(cheng) 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。換言(yan)之，大家熟悉(xi)的(de)無線通信系統 Wi-Fi 使用(yong)的(de)是無線通信射頻 (RF) 訊(xun)號，而 Li-Fi 則使用(yong)的(de)是可(ke)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(mo)組(zu)，使(shi)其變成一個(ge)Li-Fi AP，這樣Li-Fi AP接(jie)入(ru)網(wang)絡后，其他(ta)支(zhi)持Li-Fi的設備就能(neng)在范(fan)圍內接(jie)入(ru)網(wang)絡。
Li-Fi其實是(shi)通過調(diao)節(jie)光線頻率來傳播數據的，但(dan)(dan)這(zhe)種調(diao)節(jie)下燈(deng)(deng)泡閃爍速(su)度極快，可達(da)每秒百萬次以上，而且不會(hui)影(ying)響燈(deng)(deng)光強度，因(yin)此人(ren)眼根(gen)本(ben)察覺(jue)不到閃爍和(he)燈(deng)(deng)光變化，但(dan)(dan)Li-Fi設備上光電二極管這(zhe)樣的光敏傳感器卻能感受(shou)到其變化。
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。
更重要的是，目前(qian)廣(guang)泛應用的蜂窩網絡、Wi-Fi設備都存在著(zhu)發熱(re)量(liang)(liang)大及能(neng)量(liang)(liang)轉(zhuan)(zhuan)化率(lv)低的問題(ti)。例如(ru)，蜂窩網絡基站內的設備，其頻(pin)率(lv)不高(gao)，能(neng)量(liang)(liang)轉(zhuan)(zhuan)化率(lv)不足(zu)一成(cheng)(cheng)，其余(yu)九(jiu)成(cheng)(cheng)多的能(neng)量(liang)(liang)都轉(zhuan)(zhuan)化成(cheng)(cheng)熱(re)量(liang)(liang)，需要引入冷(leng)卻(que)設備以保持(chi)正常運行。
而Li-Fi顯然就(jiu)無需考慮能源轉(zhuan)化問題(ti)，LED相(xiang)對于傳統(tong)燈泡更加節能，極低的發熱量(liang)使(shi)其不(bu)需要冷卻設備也能穩定(ding)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，可以有效避免人們日常(chang)使用Wi-Fi所遇到的“蹭(ceng)網”現象。
同(tong)時，Li-Fi的(de)上行(xing)和下行(xing)信道(dao)是獨立運行(xing)的(de)，黑客(ke)必須(xu)處(chu)在同(tong)一(yi)個(ge)房間之中，并侵(qin)入兩個(ge)信道(dao)才能完(wan)成一(yi)次真(zhen)正意義上的(de)攻擊。這無(wu)疑是提升了通信的(de)安全性。
功(gong)過(guo)參(can)半，保障(zhang)安全的(de)(de)(de)(de)同(tong)時，光線(xian)(xian)傳(chuan)輸也帶(dai)來(lai)了(le)傳(chuan)輸范圍的(de)(de)(de)(de)挑戰，若燈(deng)光被(bei)阻擋或光源一旦消失，網絡信號將被(bei)切(qie)斷。雖然經過(guo)墻面反射的(de)(de)(de)(de)光線(xian)(xian)依然可以(yi)傳(chuan)輸數據，甚(shen)至能保證到70Mbit/s的(de)(de)(de)(de)速(su)度，但(dan)穿(chuan)過(guo)墻體這樣的(de)(de)(de)(de)操作就并非Li-Fi可以(yi)輕易實現(xian)的(de)(de)(de)(de)了(le)。
同樣，正因為光無法穿墻，相比(bi)于(yu)一(yi)個(ge)家(jia)庭(ting)可以有一(yi)個(ge)Wi-Fi路(lu)由器來供(gong)應全家(jia)的(de)網絡接入(ru)，而Li-Fi必須要每個(ge)家(jia)庭(ting)成(cheng)員的(de)附近都有一(yi)個(ge)正在運行的(de)Li-Fi燈泡(pao)。
潛力無限?聊聊Li-Fi用武之地
仔細算(suan)來，Li-Fi面(mian)世也已(yi)經十余載了，在(zai)傳輸速度(du)、安全性等方面(mian)有(you)著較(jiao)大優(you)勢，卻遲遲沒有(you)迎來更(geng)加廣(guang)闊的應用空間，主要原(yuan)因也是(shi)可見光(guang)的通(tong)信方式功過參半，也會在(zai)一定程度(du)上限制其規模(mo)化應用。
首先是(shi)可見光(guang)(guang)通信的抗干擾能力較差(cha)，“關(guan)燈即斷網”，而在人員密集的場所，人的活(huo)動軌跡都(dou)可能對不同位置的光(guang)(guang)線造成(cheng)影(ying)響，從而對Li-Fi產生(sheng)干擾，導致卡頓。
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裝載了Wi-Fi模塊，而Li-Fi模塊的成本(ben)尚未能夠(gou)與其抗衡，所以也很難(nan)撬動這些應用場景。
由(you)于(yu)Li-Fi的有效范圍(wei)較小，和(he)電話信號、Wi-Fi等(deng)可以借由(you)人造衛星覆蓋(gai)全球的技術不同，部分地(di)(di)區(qu)很難(nan)落地(di)(di)應用(yong)。
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(ci)飛機(ji)、醫院和軍事應用等(deng)場(chang)(chang)景恰恰能(neng)夠(gou)成(cheng)為Li-Fi的試煉場(chang)(chang)。
具體來(lai)看，飛(fei)(fei)(fei)(fei)機(ji)是(shi)一個對無(wu)線電(dian)信號敏感的(de)特殊(shu)(shu)空間。首先，飛(fei)(fei)(fei)(fei)機(ji)客艙(cang)內需要(yao)考慮(lv)電(dian)磁兼(jian)容問(wen)(wen)題，不得和(he)其(qi)他無(wu)線電(dian)信號發(fa)生干(gan)擾;第二，飛(fei)(fei)(fei)(fei)機(ji)里人(ren)員密集(ji)，對網絡需求量(liang)(liang)可能(neng)比較大(da)，需要(yao)提升(sheng)傳輸(shu)速率(lv);第三、由于(yu)使用環境的(de)狹小和(he)特殊(shu)(shu)性，走(zou)線是(shi)否方便(bian)也是(shi)飛(fei)(fei)(fei)(fei)機(ji)客艙(cang)實現無(wu)線通信的(de)問(wen)(wen)題之(zhi)一;第四(si)，發(fa)熱量(liang)(liang)大(da)、能(neng)量(liang)(liang)轉化率(lv)、運行(xing)穩定(ding)性和(he)安全性等，也都是(shi)飛(fei)(fei)(fei)(fei)機(ji)客艙(cang)實現和(he)控(kong)制無(wu)線通信所要(yao)優先考慮(lv)的(de)問(wen)(wen)題。
而Li-Fi的優(you)勢就體現出來了(le)。早在(zai)三(san)年前(qian)，法國航(hang)空公司Latecoere集團和巴(ba)黎初創公司Oledcomm聯(lian)手推出機上(shang)Li-Fi網(wang)絡，理論(lun)上(shang)可以(yi)為每(mei)個座位提供100Mbps的網(wang)速。
在醫療(liao)場(chang)景中，許多用于(yu)監護、檢(jian)測(ce)、檢(jian)查(cha)及治(zhi)療(liao)的(de)(de)電子醫療(liao)設(she)備(bei)都工(gong)作(zuo)在2.4GHZ ISM頻段上。所以，在其周(zhou)圍使用以2.4GHz作(zuo)為(wei)工(gong)作(zuo)頻率的(de)(de)射頻無線通信技(ji)術(shu)(shu)(即傳統(tong)Wi-Fi技(ji)術(shu)(shu))進行無線數據(ju)傳輸(shu)，則可能會與電子醫療(liao)設(she)備(bei)相(xiang)互(hu)干(gan)擾，不(bu)僅影響設(she)備(bei)的(de)(de)正常工(gong)作(zuo)，終端通信質量也會顯著(zhu)下(xia)降。
顯然(ran)，Li-Fi技術可以(yi)巧妙的避免(mian)這一頻段(duan)沖突，其與醫療設備(bei)之間互不(bu)干擾，從(cong)而(er)可以(yi)同時保證(zheng)設備(bei)的正常(chang)運行以(yi)及(ji)在不(bu)同環境中的高質量(liang)通信(xin)。
此外，通(tong)過(guo)給予每個LED燈一個獨(du)特的(de)ISP連(lian)接(jie)，亦可(ke)以實現(xian)高保(bao)密性的(de)信息傳輸，共享的(de)數據將只提供給授權的(de)醫(yi)生、護(hu)士和病人，幾(ji)乎沒有個人信息泄(xie)露。
哈羅(luo)德·哈斯教授在(zai)2012年(nian)成立了(le)PureLiFi (又稱(cheng)PureVLC)公(gong)司，成功實(shi)現(xian)了(le)利用(yong)光傳(chuan)輸數據的(de)(de)技術(shu)。隨后便在(zai)2013年(nian)開始了(le)商業化的(de)(de)第(di)一步——公(gong)司以5000英鎊的(de)(de)價格向一家美國醫(yi)療衛(wei)生供應商出售了(le)第(di)一臺(tai)LiFi設備。
時至今日，PureLiFi陪(pei)伴(ban)了Li-Fi的(de)成(cheng)長與發展，仍是(shi)行業內的(de)領(ling)航(hang)企業。
PureLiFi在2018年(nian)推出(chu)了LiFi-XC套件，將以太網接入LiFi AP，改(gai)裝已有的(de)LED照明(ming)網絡(luo)，然后借助附帶的(de)USB LiFi Dongle，就(jiu)可以讓電腦接入LiFi網絡(luo)。不過(guo)，其下載和(he)上(shang)傳(chuan)速率都只有43mbps，甚至無法(fa)與2.4GHz的(de)Wi-Fi網絡(luo)比肩。
2021年4月(yue)27日，美國駐歐(ou)和駐非軍隊投資420萬美元(yuan)，與PureLiFi打造了一套基于(yu)LiFi的(de)無(wu)線通(tong)信系統，名為KiteFin。KiteFin也是(shi)全(quan)球首個大規模部署的(de)LiFi系統，將數千(qian)個LiFi單元(yuan)部署在戰略環境下。
KiteFin，圖源(yuan)：電(dian)子發燒友網
借助LiFi自(zi)定義(yi)的(de)通訊(xun)傳輸范圍，美國軍隊消除了數據泄露這(zhe)樣(yang)的(de)安全隱患，又不存在(zai)被干擾的(de)可能，而且LiFi現(xian)場部署迅速，節省了建立通訊(xun)的(de)時間。
同(tong)年，PureLiFi還(huan)發布了(le)一(yi)個L-iFi應用于(yu)手(shou)機的(de)視頻(pin)，展示了(le)兩臺支持Li-Fi的(de)手(shou)機進行文件分享(xiang)(xiang)、屏(ping)幕(mu)分享(xiang)(xiang)的(de)速度和(he)質(zhi)量(liang)。
這次展示中用到(dao)的(de)兩臺(tai)手(shou)(shou)(shou)機并(bing)非定制機，而是套上(shang)了(le)Li-Fi手(shou)(shou)(shou)機殼的(de)手(shou)(shou)(shou)機，借助手(shou)(shou)(shou)機殼上(shang)的(de)光電傳感器(qi)來傳輸和接收Li-Fi信(xin)號(hao)。
而國(guo)內(nei)的(de)手機終端廠商，OPPO也(ye)在2021年披露過有關LiFi的(de)相(xiang)關專(zhuan)利。
當時，知名數碼大V@新潮電子徐林發布的(de)視頻顯示，OPPO當時實(shi)現的(de)是(shi)使用LiFi技術進行手機(ji)投屏(ping)的(de)操作。在體驗的(de)手機(ji)上部有一個類似紅外傳感(gan)器的(de)模塊，可以通過光(guang)線(xian)發射(she)數據(ju)信息，而在電視端則(ze)有一個模塊用來接收光(guang)線(xian)信號，轉(zhuan)化成手機(ji)投屏(ping)的(de)數據(ju)，并(bing)且基本上沒(mei)有什么延遲問題。
除了(le)PureLiFi之外(wai)，全(quan)(quan)球(qiu)首個(ge)提供LiFi技術的(de)全(quan)(quan)球(qiu)性照(zhao)明企業昕(xin)諾(nuo)飛也在持續推動Li-Fi的(de)落地(di)應用。其Trulifi無線光通信系統(tong)已經成(cheng)功應用于意大利、德(de)國(guo)、美國(guo)以及荷蘭等地(di)的(de)學校，并在多(duo)個(ge)國(guo)家和地(di)區開展(zhan)了(le)一系列的(de)試點項目。
寫在最后
在應(ying)用方面，可見光通(tong)信其實還是擁有廣(guang)闊市場的，可以廣(guang)泛應(ying)用于室內通(tong)信、車燈通(tong)信、水(shui)下通(tong)信和醫院、核電站等特殊場所的特定通(tong)信和定位(wei)系統。
尤(you)其(qi)是(shi)(shi)在無線(xian)(xian)電頻段越來越擁堵之際，Li-Fi不是(shi)(shi)Wi-Fi的替代品，而是(shi)(shi)對(dui)Wi-Fi傳(chuan)輸場(chang)景的補盲，畢竟非無線(xian)(xian)電是(shi)(shi)它最(zui)大的優勢。
十(shi)余年中，業(ye)內不(bu)乏領頭企(qi)業(ye)大力(li)推進，但至今(jin)沒有看到成熟的規模應用。如今(jin)Li-Fi新的標準落地(di)，對(dui)Li-Fi產業(ye)以及整個通信產業(ye)來說是一件(jian)(jian)重(zhong)大的利好事件(jian)(jian)，勢必將迎來新的發(fa)展(zhan)機(ji)遇，而如何與Wi-Fi、5G等無線傳輸共存或許(xu)是其首先要解決的挑戰，這也將成為(wei)Li-Fi沖擊消費端、規模化應用的關鍵。
參(can)考(kao)資料：
《面(mian)世十(shi)載，LiFi的春天何(he)時到來?》，電子發燒友網
《2022年LiFi市場將達2千億美元 昕諾飛加速應(ying)用(yong)場景和項目落地》，電子發燒友(you)觀察
維(wei)基百科：zh.wikipedia.org
