不久前，國(guó)際電氣電子工程師協(xié)會(huì)(IEEE)正式宣布已通過(guò) 802.11bb 并將其添加為基于光的無(wú)線通信標(biāo)準(zhǔn)。
這意味著，基于光波的無(wú)線傳輸——即Li-Fi，無(wú)需與WiFi競(jìng)爭(zhēng)，而是并列于無(wú)線局域網(wǎng)的物理層。
而標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布不僅是成功將“Li-Fi”帶入了大眾視野，更重要的是將為光通信的發(fā)展與普及提供統(tǒng)一的技術(shù)規(guī)范和接口。
或許很多人并不熟悉Li-Fi，但這一看就是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(yōu)勢(shì)與不足?有什么樣的用武之地呢?
開燈有網(wǎng)?LiFi比WiFi快100倍
早在2008年英國(guó)愛丁堡大學(xué)的教授哈羅德·哈斯(Harald Hass)就開始了可見光通訊研究。
2011年10月，哈羅德·哈斯教授在當(dāng)年的全球科技娛樂(lè)設(shè)計(jì)大會(huì)(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(jiǎn)稱 VLC) 技術(shù)，能達(dá)到雙向、高速無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)目萍迹瑢儆诠鈱W(xué)無(wú)線通信 (Optical wireless communication，簡(jiǎn)稱 OWC) 中的一種。
通俗來(lái)講，Li-Fi就是以各種可見光源作為信號(hào)發(fā)射源，通過(guò)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。換言之，大家熟悉的無(wú)線通信系統(tǒng) Wi-Fi 使用的是無(wú)線通信射頻 (RF) 訊號(hào)，而 Li-Fi 則使用的是可見光。
也就是說(shuō)，Li-Fi技術(shù)可以借助已有的LED設(shè)備，在燈泡上植入一個(gè)小小的芯片或模組，使其變成一個(gè)Li-Fi AP，這樣Li-Fi AP接入網(wǎng)絡(luò)后，其他支持Li-Fi的設(shè)備就能在范圍內(nèi)接入網(wǎng)絡(luò)。
Li-Fi其實(shí)是通過(guò)調(diào)節(jié)光線頻率來(lái)傳播數(shù)據(jù)的，但這種調(diào)節(jié)下燈泡閃爍速度極快，可達(dá)每秒百萬(wàn)次以上，而且不會(huì)影響燈光強(qiáng)度，因此人眼根本察覺(jué)不到閃爍和燈光變化，但Li-Fi設(shè)備上光電二極管這樣的光敏傳感器卻能感受到其變化。
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(gè)數(shù)據(jù)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(gè)傳輸速度大幅度的提升，甚至可以達(dá)到傳統(tǒng)Wi-Fi傳輸速度的100倍。
更重要的是，目前廣泛應(yīng)用的蜂窩網(wǎng)絡(luò)、Wi-Fi設(shè)備都存在著發(fā)熱量大及能量轉(zhuǎn)化率低的問(wèn)題。例如，蜂窩網(wǎng)絡(luò)基站內(nèi)的設(shè)備，其頻率不高，能量轉(zhuǎn)化率不足一成，其余九成多的能量都轉(zhuǎn)化成熱量，需要引入冷卻設(shè)備以保持正常運(yùn)行。
而Li-Fi顯然就無(wú)需考慮能源轉(zhuǎn)化問(wèn)題，LED相對(duì)于傳統(tǒng)燈泡更加節(jié)能，極低的發(fā)熱量使其不需要冷卻設(shè)備也能穩(wěn)定運(yùn)行。
此外，由于光無(wú)法穿墻傳輸信號(hào)，這也就意味著Li-Fi的安全性很強(qiáng)，可以有效避免人們?nèi)粘Ｊ褂肳i-Fi所遇到的“蹭網(wǎng)”現(xiàn)象。
同時(shí)，Li-Fi的上行和下行信道是獨(dú)立運(yùn)行的，黑客必須處在同一個(gè)房間之中，并侵入兩個(gè)信道才能完成一次真正意義上的攻擊。這無(wú)疑是提升了通信的安全性。
功過(guò)參半，保障安全的同時(shí)，光線傳輸也帶來(lái)了傳輸范圍的挑戰(zhàn)，若燈光被阻擋或光源一旦消失，網(wǎng)絡(luò)信號(hào)將被切斷。雖然經(jīng)過(guò)墻面反射的光線依然可以傳輸數(shù)據(jù)，甚至能保證到70Mbit/s的速度，但穿過(guò)墻體這樣的操作就并非Li-Fi可以輕易實(shí)現(xiàn)的了。
同樣，正因?yàn)楣鉄o(wú)法穿墻，相比于一個(gè)家庭可以有一個(gè)Wi-Fi路由器來(lái)供應(yīng)全家的網(wǎng)絡(luò)接入，而Li-Fi必須要每個(gè)家庭成員的附近都有一個(gè)正在運(yùn)行的Li-Fi燈泡。
潛力無(wú)限?聊聊Li-Fi用武之地
仔細(xì)算來(lái)，Li-Fi面世也已經(jīng)十余載了，在傳輸速度、安全性等方面有著較大優(yōu)勢(shì)，卻遲遲沒(méi)有迎來(lái)更加廣闊的應(yīng)用空間，主要原因也是可見光的通信方式功過(guò)參半，也會(huì)在一定程度上限制其規(guī)模化應(yīng)用。
首先是可見光通信的抗干擾能力較差，“關(guān)燈即斷網(wǎng)”，而在人員密集的場(chǎng)所，人的活動(dòng)軌跡都可能對(duì)不同位置的光線造成影響，從而對(duì)Li-Fi產(chǎn)生干擾，導(dǎo)致卡頓。
其次，面對(duì)光纖覆蓋率極高的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，Li-Fi想要像Wi-Fi一樣走入千家萬(wàn)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(jī)等智能硬件，到智能家居設(shè)備幾乎都裝載了Wi-Fi模塊，而Li-Fi模塊的成本尚未能夠與其抗衡，所以也很難撬動(dòng)這些應(yīng)用場(chǎng)景。
由于Li-Fi的有效范圍較小，和電話信號(hào)、Wi-Fi等可以借由人造衛(wèi)星覆蓋全球的技術(shù)不同，部分地區(qū)很難落地應(yīng)用。
那Li-Fi還有用武之地嗎?
當(dāng)然有!
對(duì)比來(lái)看，Wi-Fi的普及在于其普適性，90%以上的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境都可以采用Wi-Fi進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。但在一些特殊的環(huán)境中，Li-Fi有著得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，比如：無(wú)線電不易覆蓋、對(duì)無(wú)線電信號(hào)敏感的特殊空間、在特定的空間內(nèi)的大量信息傳輸以及對(duì)安全性要求極高等場(chǎng)景。
因此飛機(jī)、醫(yī)院和軍事應(yīng)用等場(chǎng)景恰恰能夠成為L(zhǎng)i-Fi的試煉場(chǎng)。
具體來(lái)看，飛機(jī)是一個(gè)對(duì)無(wú)線電信號(hào)敏感的特殊空間。首先，飛機(jī)客艙內(nèi)需要考慮電磁兼容問(wèn)題，不得和其他無(wú)線電信號(hào)發(fā)生干擾;第二，飛機(jī)里人員密集，對(duì)網(wǎng)絡(luò)需求量可能比較大，需要提升傳輸速率;第三、由于使用環(huán)境的狹小和特殊性，走線是否方便也是飛機(jī)客艙實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信的問(wèn)題之一;第四，發(fā)熱量大、能量轉(zhuǎn)化率、運(yùn)行穩(wěn)定性和安全性等，也都是飛機(jī)客艙實(shí)現(xiàn)和控制無(wú)線通信所要優(yōu)先考慮的問(wèn)題。
而Li-Fi的優(yōu)勢(shì)就體現(xiàn)出來(lái)了。早在三年前，法國(guó)航空公司Latecoere集團(tuán)和巴黎初創(chuàng)公司Oledcomm聯(lián)手推出機(jī)上Li-Fi網(wǎng)絡(luò)，理論上可以為每個(gè)座位提供100Mbps的網(wǎng)速。
在醫(yī)療場(chǎng)景中，許多用于監(jiān)護(hù)、檢測(cè)、檢查及治療的電子醫(yī)療設(shè)備都工作在2.4GHZ ISM頻段上。所以，在其周圍使用以2.4GHz作為工作頻率的射頻無(wú)線通信技術(shù)(即傳統(tǒng)Wi-Fi技術(shù))進(jìn)行無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸，則可能會(huì)與電子醫(yī)療設(shè)備相互干擾，不僅影響設(shè)備的正常工作，終端通信質(zhì)量也會(huì)顯著下降。
顯然，Li-Fi技術(shù)可以巧妙的避免這一頻段沖突，其與醫(yī)療設(shè)備之間互不干擾，從而可以同時(shí)保證設(shè)備的正常運(yùn)行以及在不同環(huán)境中的高質(zhì)量通信。
此外，通過(guò)給予每個(gè)LED燈一個(gè)獨(dú)特的ISP連接，亦可以實(shí)現(xiàn)高保密性的信息傳輸，共享的數(shù)據(jù)將只提供給授權(quán)的醫(yī)生、護(hù)士和病人，幾乎沒(méi)有個(gè)人信息泄露。
哈羅德·哈斯教授在2012年成立了PureLiFi (又稱PureVLC)公司，成功實(shí)現(xiàn)了利用光傳輸數(shù)據(jù)的技術(shù)。隨后便在2013年開始了商業(yè)化的第一步——公司以5000英鎊的價(jià)格向一家美國(guó)醫(yī)療衛(wèi)生供應(yīng)商出售了第一臺(tái)LiFi設(shè)備。
時(shí)至今日，PureLiFi陪伴了Li-Fi的成長(zhǎng)與發(fā)展，仍是行業(yè)內(nèi)的領(lǐng)航企業(yè)。
PureLiFi在2018年推出了LiFi-XC套件，將以太網(wǎng)接入LiFi AP，改裝已有的LED照明網(wǎng)絡(luò)，然后借助附帶的USB LiFi Dongle，就可以讓電腦接入LiFi網(wǎng)絡(luò)。不過(guò)，其下載和上傳速率都只有43mbps，甚至無(wú)法與2.4GHz的Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)比肩。
2021年4月27日，美國(guó)駐歐和駐非軍隊(duì)投資420萬(wàn)美元，與PureLiFi打造了一套基于LiFi的無(wú)線通信系統(tǒng)，名為KiteFin。KiteFin也是全球首個(gè)大規(guī)模部署的LiFi系統(tǒng)，將數(shù)千個(gè)LiFi單元部署在戰(zhàn)略環(huán)境下。
KiteFin，圖源：電子發(fā)燒友網(wǎng)
借助LiFi自定義的通訊傳輸范圍，美國(guó)軍隊(duì)消除了數(shù)據(jù)泄露這樣的安全隱患，又不存在被干擾的可能，而且LiFi現(xiàn)場(chǎng)部署迅速，節(jié)省了建立通訊的時(shí)間。
同年，PureLiFi還發(fā)布了一個(gè)L-iFi應(yīng)用于手機(jī)的視頻，展示了兩臺(tái)支持Li-Fi的手機(jī)進(jìn)行文件分享、屏幕分享的速度和質(zhì)量。
這次展示中用到的兩臺(tái)手機(jī)并非定制機(jī)，而是套上了Li-Fi手機(jī)殼的手機(jī)，借助手機(jī)殼上的光電傳感器來(lái)傳輸和接收Li-Fi信號(hào)。
而國(guó)內(nèi)的手機(jī)終端廠商，OPPO也在2021年披露過(guò)有關(guān)LiFi的相關(guān)專利。
當(dāng)時(shí)，知名數(shù)碼大V@新潮電子徐林發(fā)布的視頻顯示，OPPO當(dāng)時(shí)實(shí)現(xiàn)的是使用LiFi技術(shù)進(jìn)行手機(jī)投屏的操作。在體驗(yàn)的手機(jī)上部有一個(gè)類似紅外傳感器的模塊，可以通過(guò)光線發(fā)射數(shù)據(jù)信息，而在電視端則有一個(gè)模塊用來(lái)接收光線信號(hào)，轉(zhuǎn)化成手機(jī)投屏的數(shù)據(jù)，并且基本上沒(méi)有什么延遲問(wèn)題。
除了PureLiFi之外，全球首個(gè)提供LiFi技術(shù)的全球性照明企業(yè)昕諾飛也在持續(xù)推動(dòng)Li-Fi的落地應(yīng)用。其Trulifi無(wú)線光通信系統(tǒng)已經(jīng)成功應(yīng)用于意大利、德國(guó)、美國(guó)以及荷蘭等地的學(xué)校，并在多個(gè)國(guó)家和地區(qū)開展了一系列的試點(diǎn)項(xiàng)目。
寫在最后
在應(yīng)用方面，可見光通信其實(shí)還是擁有廣闊市場(chǎng)的，可以廣泛應(yīng)用于室內(nèi)通信、車燈通信、水下通信和醫(yī)院、核電站等特殊場(chǎng)所的特定通信和定位系統(tǒng)。
尤其是在無(wú)線電頻段越來(lái)越擁堵之際，Li-Fi不是Wi-Fi的替代品，而是對(duì)Wi-Fi傳輸場(chǎng)景的補(bǔ)盲，畢竟非無(wú)線電是它最大的優(yōu)勢(shì)。
十余年中，業(yè)內(nèi)不乏領(lǐng)頭企業(yè)大力推進(jìn)，但至今沒(méi)有看到成熟的規(guī)模應(yīng)用。如今Li-Fi新的標(biāo)準(zhǔn)落地，對(duì)Li-Fi產(chǎn)業(yè)以及整個(gè)通信產(chǎn)業(yè)來(lái)說(shuō)是一件重大的利好事件，勢(shì)必將迎來(lái)新的發(fā)展機(jī)遇，而如何與Wi-Fi、5G等無(wú)線傳輸共存或許是其首先要解決的挑戰(zhàn)，這也將成為L(zhǎng)i-Fi沖擊消費(fèi)端、規(guī)模化應(yīng)用的關(guān)鍵。
參考資料：
《面世十載，LiFi的春天何時(shí)到來(lái)?》，電子發(fā)燒友網(wǎng)
《2022年LiFi市場(chǎng)將達(dá)2千億美元 昕諾飛加速應(yīng)用場(chǎng)景和項(xiàng)目落地》，電子發(fā)燒友觀察
維基百科：zh.wikipedia.org
