如何能夠以光線為介質實現數據交換？其工作原理是怎樣的？

01-12

貝爾母校——愛丁堡大學的移動通信系主席哈拉爾德·哈斯（Harald Haas）表示，其相信基於這種光源技術的無線通信設備已迎來了第一個春天。作為大學分拆機構PureVLC的聯合創始人兼首席科學官，哈斯教授率隊研發了一種被稱之為LiFi的新技術。該技術可利用標準光線無線傳播數據，旨在挑戰當前無處不在的WiFi網路標準。 via 基於光的無線通信技術LiFi或開始迎來首個春天

@馬玉堂的答案裡面存在一些誤解，恐怕也代表著大眾對可見光通信的普遍誤解。

可見光通信其實一點也不新鮮。人類還不知道什麼是「電」的時候，就已經懂得在海角塔樓上用火炬給遠航的船隻傳遞信息。其中最簡單的辦法就是利用燈光的不同的明滅組合來代表不同的含義。在《神探夏洛克》第五集里，華生醫生在Dartmoor的荒野里看到遠處的車頭燈一明一滅，便以為是車上的人要利用燈光代表摩斯密碼來傳遞信息。

目前的主流產品便是利用這個古老原理。例如，最近被報道的復旦大學LED光通信新技術就是通過控制LED燈的亮滅來代表「1」和「0」，從而實現快速數據交換。更為有趣的是Casio在去年消費電子大會上（CES 2012）展出的一個可見光通信應用原型，他們利用一台智能手機的攝像頭來捕捉另一台智能手機屏幕的閃爍來獲取社交信息。實際上，由於LED燈（或者其它光源）明暗變化的頻率非常高，所以人們肉眼根本不能察覺到燈光的閃爍。

可見光通信最近被炒熱，其實是人們期待照明和通信的結合。（題外話：竊以為這個話題的成功炒作，pureVLC? 這家公司功不可沒。）於是有了以下幾個問題：

為什麼可見光通信最近才火起來？

這個要先解釋為什麼要使用LED。原因是LED的響應速度快，也就是在通電後，LED可以在幾納秒的時間裡點亮。這使得LED能夠以極高的頻率閃爍（每秒數百兆次），從而建立快速的數據通路。而傳統的燈泡的響應時間是毫秒量級的，其閃爍頻率只能達到千次每秒的級別。以此來傳輸數據，速度之慢，甚至都比不過90年代的Modem。另一方面，LED逐步取代傳統高能耗的白熾燈照明已是大勢所趨。加上如今人們對無線數據傳輸的要求越來越高，於是這個大環境催生了所謂的LiFi。

LiFi的牛皮吹的是啥？

LiFi是可見光通信（VLC）的一個分支，以雙向光通信為基礎，並以WiFi為藍本提供一個高速的互聯網接入方案。簡單的LED開關調製恐怕只能支持到100Mbps級別的速率，不過現在也有通過調製光顏色來實現更高速傳輸的解決方案。針對遮擋即不能傳輸的問題，pureVLC最近展示了，依賴反射光也能實現傳輸（Li-Fi Using Reflected Light）。

優勢，局限？

一種技術在某個場景下的劣勢通常能成為另一些應用場景下的優勢。1、特殊應用場景。可見光通信可以應用在對傳統通信頻段電磁波敏感的領域，比如航空器內、核電站。2、不可穿透性帶來的空間復用。可見光基本不衍射，也不能穿透障礙物，這一「局限」正好可以利用來提高頻譜的空間復用率。比如，隨意暢想一個場景，我利用檯燈與書桌上的筆記本電腦通信，就不會妨礙我躺在床上利用平板電腦接收掛在天花板上吊燈的發送過來的視頻流。前提是筆記本上的接收器「看」不到吊燈，平板也不能直接「看」到檯燈。但是如果採用WiFi，這需要佔用兩份頻譜資源（作為類比，這相當於要使用兩種顏色的光作為區分），否則會有強烈的干擾。頻譜資源的空間復用性可以用來做什麼？試想一下，在樓里，手機要是搜到幾十個WiFi基站，那麼WiFi基本上沒用了。WiFi就只有互不干擾的三個信道，隔壁那戶只要開大功率拚命發送數據，你們家的wifi基本處於半殘廢狀態。要隔開鄰家的信號，你得把你家的牆加厚幾倍。可是在光通信里，隔一塊板就是一個清凈的世界。3、干擾和保密。不直視光源就能避開干擾，漏光足夠小就能保密。這個保密是由於信噪比的問題，在一定信息速率情況下，當信號相比雜訊小過某個閾值，那麼竊聽者就一個比特的信息都檢測不到了。

前景

儘管IEEE 802正在為這個領域制定標準，但可見光通信離消費電子領域的商用還很遠。看到pureVLC最近交付了一台5000歐元的醫用收發設備（網易科技），可見其成本是個很大的瓶頸。

可是在家用領域，我極其看好LED照明和光通信的融合。一來，隨著頻譜資源日益緊張，往光波波段擠資源是大勢所趨。其次，或許上行鏈路（從移動設備端傳到路由器）需要藉助WiFi等無線電通信技術，但下行鏈路（從路由器到移動設備）的解決方案是很容易實現的。

我們都知道我們要傳輸的信息在數字系統里最終都是抽象成為二進位數據的，就是人們常說的0和1，這樣的話在任何數字系統中，只需要很簡單的兩種邏輯狀態就可以表徵這倆種數據，比如電路的通和斷分別表示0和1，或者電位的高和低分別表示0和1，或者電流的大和小分別表示0和1，或者反射物質與非反射物質的交替分別表示0和1。

你提到的這則新聞中的Lifi技術也是利用上面的原理，通過LED光源的快速開、光切換，或者強、弱切換，實現對信息的二進位編碼和發送。由於這種切換非常快速，肉眼是基本感知不到的。

但是這種技術存在幾個致命的缺陷：1、無穿透能力。任何可見光都是無法穿透不透明物體的，這就意味著如果你從客廳走到卧室，或者你把手機揣回褲兜里之後，你的lifi就中斷了。2、傳輸距離近，普通的WiFi在無障礙物的場景下可以覆蓋100米以上，WiMAX可達數公里，可見光明顯是無法進行遠距離傳輸的方案。3、室外無法使用。尤其是在光線很強的地方，比如陽光下，肯定會對lifi光源造成嚴重干擾。4、抗干擾能力差。在室內如何部署多個lifi源而不互相干擾？這是一個問題。WiFi通過1/6/11三個信道解決了互相干擾問題，目前的雙頻WiFi也有解決信道干擾的作用，而可見光的抗干擾我覺得很有難度。5、保密性差。怎麼對信號進行加密？WiFi我設個密碼阻止你訪問信道，可見光怎麼辦？

綜上所述，lifi我不覺得會像WiFi一樣成為一種革命性的技術。之所以這麼說，是我個人認為，一種革命性的技術將能夠取代我們現有的技術、並將能夠在技術上提升一個數量級以上，這樣才具有革命性的意義，而lifi的發明者haas教授在回答「要是lifi的光線被遮擋的時候通信中斷怎麼辦？」這一問題時候，提出的方案是：這種情況下讓無線設備自動切換到WiFi或者3G網路上。這說明lifi只可能是現有無線通信技術的一個補充。

當然lifi也有一些優點，最大的優點就是頻寬，可見光的頻寬遠超WiFi不知道多少條街，用於數據通信的話速率是可以做到遠超WiFi的，但也僅限於專門用來通信，而無法做到照明、通信兼而得之。

火車需要鐵軌，又不能到每家每戶，因此沒有用。這是你們的邏輯。

算了吧，提出無法穿牆，障礙物遮擋的樓上都洗洗睡吧，微波站也得遠離障礙物，但不影響它現在還是軍隊通信的重要手段。同樣，lifi也更適用於廠礦、郊區、臨時構築物、空曠地帶等不便於開挖地面敷設光纜的地方。它作為主幹傳輸網路，而分配網採用傳統乙太網，wifi等方式構建。不要想著它能替代什麼現有成熟網路，它有它自己生存的空間，就像藍牙不會被wifi替代一樣。

看了Vichare Wang對馬玉堂的評論，本來覺得我就沒必要再寫了，但是又覺得，既然有邀請，那就發言吧。和Vichare Wang一樣，對於Lifi的加密說明一下。加密不是讓接收器接收不到信號，而是讓接收到的信號沒有意義。所以，Wifi的加密並不是讓接收器接收不到無線信號，而是使之無法解讀，就像二戰時，盟軍破譯了德國的密碼就能解讀德國的電報，加密是對信息，不是對信號。所以，光的加密和無線的加密是一個原理，不是要讓光不被接收，而是使接收的光中所含的信息不被解讀。所以，Lifi的加密完全不是問題，和Wifi一樣處理就可以了。

謝邀，上世紀80年代後期，90年代就有PDH、SDH等光通信技術投入使用，本世紀初，WDM、DWDM技術也大規模投入商業應用，不過這些技術主要還是電交叉，而非直接的光交叉，而最近幾年投入使用的OTN設備已經具備了直接光交叉的能力。

在晶元領域，INTEL在2010年已經研發出了可以直接使用光信號的晶元，證明了未來計算機可以使用光信號替代電信號進行數據傳輸，Intel技術突破硅晶元引出50Gbps光纖連接。

宇宙中使用,直線傳播,通常無遮擋物

所謂通信，本質上就是為了傳遞信息。實際上光通信和其他通信方式交換數據的原理是一樣的，只不過選取搭載信息的介質不一樣。

通常情況下，我們把信息轉化成一段波形。例如古老的語音通信就直接用聲波，如果是數字信號可以轉化成方波，也可以分n個符號，每個符號對應一個波形。這時候生成出來的叫做基帶信號。

多數情況下，基帶信號沒法直接傳輸。我們可以把基帶信號搭載到其他信號上面去，這個過程叫調製。接收端把搭載信息的信號還原成基帶信號的過程就叫解調。我們以前上網經常用的「貓」，學名叫數據機，就是干這個的。

一般無線通信用的都是電磁波。光也是電磁波的一種，但是頻率太高，空氣吸收率很高，幾乎沒有繞射能力。所以光通信一般指的是用光纖傳遞光信號。這個新聞里給的用LED進行短距離無線光通信也不是特別新的技術了，算是室內短距離高速通信方案的一種，個人不是很看好。

現在的計算機全部使用的是硅二級管，她們之間的通信靠電流。這就導致要做複雜的計算設備必須依靠複雜的線路設計。我想未來的大型計算機會擺脫龐雜的線路，而全部使用光。我設想的未來計算機核心是一個中空的球。其內表面裝滿光的接受和發射器，任何一個組件都可以給其它每一個組件發送消息，也可以針對任何一個組件進行點對點通信。這樣必能組成複雜的網路，向終極智能靠近。

光通信系統分為兩類，一類是我們熟知的光纖通信系統，它通過光波在載體光纖上傳輸進行通信，經過因地制宜的編碼解碼方式實現光--電--光的傳輸系統，商用光纖通信系統已經發展到第四代，即採用光放大器技術，光放的實現在很大程度上造就了波分復用（WDM）系統的成功，使得光纖通信在傳輸速度、傳輸距離、傳輸質量上都有相當大的提高。另一類則是自由空間光通信（FSO）系統，人類最早的FSO可以追溯到烽火台的利用，還有航海中的信號燈，在現代的FSO系統中，光源發射的激光束會在空間傳播然後再由精確的光接收機接收從而實現光線無線傳播。它們的工作原理都是需要對光信號進行發送、調製、解調、接收。才疏學淺，湊活看吧。

未來是光通信時代，那有沒有可能基礎能源都是光能源的時代？

暈，用光通信技術來實現無線局域通信。那陰影處怎麼辦，目前廣泛使用的WIFI是基於電磁波的，反射和折射的損耗較小。可見光類的通信，能耗恐怕還高於WIFI，陰影處也很尷尬。對於我目前的知識背景還有點難以想像。

和無線通信最主要的區別是信道的不同。相信其他和無線通信類似的部分比如：編解碼，調製解調，或者高層協議方面都比較好解決，我個人覺得最大的挑戰在於如何保證光信道的穩定性，同時數據的安全性對於空口開放的系統也是挑戰。

自由空間光通信的大眾版

可以實現，但不看好

國內復旦的遲楠團隊也在做，概念提出已久，主要優勢利用了現有的光照源。個人感覺只是新意罷了，發展不被看好，一則可見光存在暗室傳播的劣勢，二則可見光的傳播距離受限。

其實一早就看到邀請了，但是請原諒我真的真的是最近特別忙沒有時間來寫個比較長的答案，先mark一下，年前忙完了之後再來說一點吧。其實上面幾個大牛說的都很好，作為通信的一種，這種技術是在特定的環境下工作的，距離真正實用遠的遠了，無非就是傳播和接收很難，而光的波長很短必然導致稍微的差錯就產生極高的誤碼率等等一系列問題，還有光的可見性等等，其實上面都有說。先這麼多吧。

謝邀，才接觸通信工程，還不是很了解，解答不盡人意，請諒解。

感覺上此種方式更容易受到干擾，（無處不在的自然光及人造光，還有可見光的穿透性大多比較差）；

另外推廣此種方式是否還需考慮兼容性問題，畢竟不可能在一瞬間將wifi網路更換為lifi，那是否更換，或者更換時的利弊是否應該仔細權衡？

所以個人認為，lifi還不足以取代wifi網路。

基本還是通過電壓對光進行調製，使得光的強度發生變化，然後在接受端根據光的強度變化解調出來～～

謝邀。。感覺上面的回答已經很專業了，簡而言之就是通過改變可見光明暗變化的頻率，對於一個介質其中傳輸的信息有著狀態上的變化便可以攜帶信息，通常狀態變化為二進位其可實現性較高。

看不出來技術上有什麼優勢，關鍵的干擾問題（包括穿牆）不能解決，沒有太大用途。

"哈斯教授認為，未來推動光通信技術發展的主要因素將會是如今已迫在眉睫的網路承載量的危機——視頻播放等要求大量流量帶寬的服務已讓今天的無線電傳播技術無法負擔。"

就哈斯的這個應用場景評論一下，基於光傳播干擾（穿牆）無法解決的問題，可以看到對比wifi，3G/4G此技術根本不構成威脅。從室外和室內應用分別分析。

1、室外場景複雜，無法控制。不能穿牆幾乎沒有規模應用空間。

2、室內：如果要取代wifi等技術，按哈斯的說法是萬羅承載現有技術承擔不了。但由於光傳播特性，必要要求大量部署（穿牆影響，一個房間至少一個，甚至多個）以及使用限制（在終端盒和光設備間無阻擋）。如果大量部署wifi負荷能力也夠了。現wifi每個到達150M/300m，後續還有1000M的技術。現在之所以感覺擁擠因為1、要兼容老的標準的wifi終端，速率上不去。2、現有的頻率太擁擠。隨著後續發展，這些問題都會減緩，影響逐步消除。這方面哈斯教授的技術無任何優勢。而對終端使用的限制，必須無阻擋，對用戶極為不方便，如非唯一選擇或有極大優勢，不會得到規模應用。

信息以光線為介質進行傳播，則光線應該在某些方面有一定區分。在我看來，可以通過光明暗程度，光線閃爍頻率，光線顏色等來區分不同光線。