可見光通信和Li-Fi的那些事兒

以前小棗君和大家說過，我們現在的無線通信，都是基於電磁波的通信。

電磁波通信，必須要佔用頻譜資源。雖然看不見，摸不著，但是頻譜資源是非常寶貴的。

一直以來，我們主要是使用「電波」進行無線通信，用電波的頻譜資源。

電波的頻譜資源東分一點，西分一點，已經沒剩下多少了。

電波不夠用，人們自然會想，那是不是可以用光波呢？

光波頻率資源豐富，頻段寬闊，所以速度比電波快得多。

利用光波進行無線通信的技術，通常就稱為「光通信」。

注意了，我們平時經常所說的光通信，更多的是指光纖通信。實際上，光纖通信屬於有線通信。

但是沒辦法，名字已經被大家叫習慣了，再搶回來也難了。。。

於是，為了和光纖通信進行區分，我們的「真·光通信」又被叫做「可見光通信」（Visible Light Communication，VLC）。它有屬於自己的標準——IEEE 802.15.7 VLC。

它的準確定義是：利用可見光波段的光作為信息載體，在空氣中直接傳輸光信號的通信方式。

這幾年到處都很火的「Li-Fi」，就是「可見光通信」技術中的一種。

2011年，德國物理學家哈拉爾德·哈斯（Harald Haas）和他在英國愛丁堡大學的團隊發明了一種專利技術，利用閃爍的燈光來傳輸數字信息，這就是Li-Fi。

Li-Fi，光保真技術（Light Fidelity）。是不是覺得這個名字和Wi-Fi很像？之所以這麼命名，就是因為它的應用場景和Wi-Fi很像，而且當時人們覺得它很可能會取代Wi-Fi。

哈斯和他的Li-Fi

Li-Fi的工作原理並不複雜。給普通的LED燈泡裝上微晶元，可以控制它每秒數百萬次閃爍，亮了表示1，滅了代表0。由於頻率太快，人眼根本覺察不到，但是光敏感測器卻可以接收到這些變化。就這樣，二進位的數據就被快速編碼成燈光信號並進行了有效的傳輸。燈光下的電腦或手機，通過一套特製的接收裝置，就能讀懂燈光里的「莫爾斯密碼」，就能通訊了。

可見光通信工作原理

大家要注意喲，哈斯只能算是Li-Fi的發明人，他並不是可見光通信的發明人。

可見光通信早在2000年左右就提出來了，發源地是日本。

可見光通信的誕生前提就是LED技術的飛速發展。

LED自從誕生以來，以每十年亮度提高20倍，價錢降低100倍的速度發展，技術日趨成熟，功能不斷完善。

可見光通信的發展歷程：

2000年，日本研究者提出並模擬了利用LED照明燈作為通信基站進行信息無線傳輸的室內通信系統。此時的光通信，傳輸速率僅有幾十KB每秒。

2003年，日本成立了VLCC可見光通信聯盟，迅速成為國際組織。

2008年，實現了可見光通信最遠傳輸距離2000米，傳輸速率為1022bit/s。

2010年，利用LED交通信號燈作為發射機的可見光通信技術，傳輸速率是4800kb/s，距離300米。

2010年，德國弗勞恩霍夫研究所的團隊將通信速率提高至513Mbps，創造世界紀錄。

2013年，復旦大學研發出3.75Gbps離線數據傳輸的速率，創造世界紀錄。

2013年，英國科研人員又把離線速率刷新到10Gbps。

2015年，中國把實時通信速率提高至50Gbps。

據國外媒體報道，牛津大學的研究人員已完成100Gbps可見光通信試驗，並命名為「超並行可見光通信」，甚至預測該通信系統的最高速率能達到3Tbps！

牛津大學的可見光通信研究

高速率是可見光通信的最大優勢，也是業界普遍看好其前景的主要原因。

除了速率之外，可見光通信還有很多其它方面的優勢。

據統計，2020年支持Wi-Fi無線連接的設備將達17億台，但隨著設備的進一步增加，2025年基於傳統RF（射頻）技術的Wi-Fi網路可能無法滿足設備連接需求。

蜂窩通信方面，只我們中國，移動通信基站有差不多600萬個，大部分能量都用於冷卻，效率只有5%。

LED光源就不一樣了，目前全球LED燈泡就有大約400億個。只需給這些LED燈泡加一個微晶元，就能改造成信號發射器，形成的通信網路規模是非常驚人的。這樣做的成本也比部署Wi-Fi熱點低得多，也不必新建基礎設施。

而且，前面也說了，無線電波的頻譜資源日趨緊張，網路已經變得擁擠不堪。可見光頻譜的寬度達到射頻頻譜的1萬倍，意味著能帶來更高的帶寬，可以使用的資源也非常豐富。使用光通信，完全不用擔心頻譜不夠用的問題，同時還能緩解全球無線頻譜資源短缺的現狀。

此外，可見光對於人類來說是綠色的、無輻射傷害的一種物質。因此用光來作為無線通信的媒質，是一種對人類發展更健康，更可取的方向。同時用光來通信能降低能耗，因為不需要像基站那樣提供額外的能耗，更加環保。

如果算上安全的話，也是一個優點，可見光通信，把光線一擋，就泄露不出去了。。。

但是，可見光通信的缺點其實也非常多。

首先，大家應該已經想到了，像Li-Fi這樣的東東，你下行速率還好說，上行怎麼辦呢？手機上也裝個電燈泡？

然後，環境光源干擾。在封閉的室內用用是沒問題，到了室外，光源雜亂，這個受影響就很大。

再有，就是距離，可見光通信的速率看上去很高，但是實驗室裡面都是短距離理想環境下測試，你不可能拿著手機挨著燈泡上網，你稍微離遠點，速率就下降得厲害。而且，如果你背對著光源，擋住了光，就沒信號了。。。

總而言之，可見光通信確實在理論傳輸速率、部署、成本、零電磁輻射等方面「秒殺」傳統射頻通信。但是指望它短時間內替換掉Wi-Fi或基站，肯定是不可能滴。以後如果光通信發展得好，它應該會和現有通信技術進行搭配使用，或者在某些特定場合下先用起來。

我們還是耐心等待吧！ ^_^

（全文完）

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