展望无线网络通信的未来

简介

Li-Fi,即光高保真技术,是一种相对新颖的无线通信技术。它使用光信号来进行数据通信。令人兴奋的是,如今Li-Fi已被证明具有比时下流行的Wi-Fi更高的通信速度。在实验室条件下,Li-Fi可达到每秒224千兆比特的速度。一家设在爱沙尼亚的工厂以相同的实验室条件测试Li-Fi技术达到了每秒1千兆位的传输速率。

LiFi概述

Li-Fi技术是由Harald Hass教授在2011年的TED演讲中介绍给世人的。他的想法是把世界上的灯泡变成无线路由器。TED演讲不久后,在2012年,他推出了Pure Li-Fi(http://purelifi.com),目标是推动基于Li-Fi的产品研发。Pure Li-Fi是一家开发Li-Fi设备的公司。此后,Li-Fi联盟协会也成立了,目的是分享信息和开发技术。这是一个开放的非营利组织,任何组织都可以使用其许可技术或与他们合作。加入该联盟协会不需要缴会员费。

“我们需要做的就是把小芯片安装到每一个潜在的照明设备上,这样会结合两个基本功能,即光照和无线数据传输。在未来,我们不仅会有140亿只灯泡,我们还可能有140亿基于Li-Fi的更清洁、更环保的部署在全球的光设备,以及一个更加美好的未来”。

——Harald Hass Ted演讲2011年。

Harald Hass教授已经证明,可以通过光谱传输数据——这使得Li-Fi可以成为一种无线与光通信的形式。Li-Fi使用红外和紫外线(可见光)波进行数据通信。红外和紫外光谱可以携带比无线电频率波更多的信息。这就是为什么Li-Fi比Wi-Fi可以实现更高的速度。

目前,Li-Fi技术重点侧用于使用从发光二极管(LED)发出的光进行数据通信。发光二极管以其高效率、对环境影响小以及长寿命在世界各地非常流行。在家庭和办公室的LED灯可以变成无线路由器。LED灯泡是半导体光源;因此,可以改变灯泡恒定的电力供应使它更亮或更暗。利用可见光通信(VLC),LED灯泡中的电流可以通过高速轻轻打开和关闭。你不妨把它想象成复杂的使用1和0的莫尔斯电码。轻弹操作会以极快的速度发生,人类的眼睛根本注意不到;所以,人类和动物都不会受到影响。当你已经关掉灯后Li-Fi通信还将继续,因为LED指示灯将亮起并拥有人眼不能识别的很低的光信号。想访问Li-Fi网络的话,你只需要准备一个检测光信号的设备以及一个破译光信号的组件即可。

Wi-Fi使用无线电频率波,应用于有限的空间,但很快便能达到其应有的容量。容量有限,这正是为什么无线电频谱在美国受到严格监管的原因。Li-Fi最可爱的方面之一是,它使用可见光的光谱。可见光光谱比无线电频谱大10000倍,并且不受管制。所以你不需要许可证就可以利用光谱。

Li-Fi的另一个好处是,它使用的是光谱而不是无线电频率。因此,它不会发出无电磁干扰,这使它更适合高度敏感的领域。而电磁干扰可能影响例如矿井这样的领域的通信,甚至会破坏像医院这样的地方的敏感设备。

LiFi工作原理剖析

数据被送入设有信号处理技术的LED灯泡,LED灯泡把数据以极高的不可见的脉冲速度传递到光电探测器。然后,脉冲被接收器解释成电子信号,接着电子信号又被转换回我们大家都熟知的二进制数据。LED灯可以联成网络,因此多个用户可以使用单个LED灯访问数据或从一个LED灯移动到另一个而不影响其访问。

Source: Pure Li-Fi

从一开始, Harald Haass教授就想建立一种可以适合日常生活的无线技术。他不希望这种技术需要复杂改造才能大量进入我们的生活,进而提高生产成本和人们接收这项技术的复杂性。通过Pure Li-Fi和其他例如Li-Fi协会等方式,人们逐渐找到一种能够相对轻松地融入到我们的生活之中的解决方案。Pure Li-Fi已经提供了一种家居解决方案,即LiFi-X。在LiFi-X方案中,用户可以购买砖头大小的模块,这种模块能够连接到LED灯泡,而一个就像笔记本电脑或台式机这样的设备就可以通过USB转换器接收数据。整个方案组建非常容易。

尽管Li-Fi具有比Wi-Fi更快的速度,但是这种技术只能适用于很短的距离。离光源越远速度越慢。据说,你不需要在LED灯光下就可以访问Li-Fi网,因为它可以使用包括墙壁在内的表面反射光,速度达到平均70 MB/s。与Wi-Fi不同的是,Li-Fi不能穿透墙壁,因为它使用光谱传播。虽然不能够穿透墙壁限制了Li-Fi范围;但从另一方面看,也使得这种技术更加安全。它能确保用户可以限制访问范围。Li-Fi的安全性已经引起许多技术公司和国防公司的浓厚兴趣。

由于Li-Fi可以达到的速度及其空间传播上的限制,这种技术与无线蜂窝技术和Wi-Fi 技术配合使用成为可选的新一代网络连接方案。Li-Fi可以用于减轻传统式无线蜂窝技术和Wi-Fi技术通信带来的流量负担。例如,Li-Fi可以用在人口稠密的地区,像一个购物中心或体育场,允许用户使用如视频或现场直播这样的富媒体内容。因为用户使用Li-Fi网络,这将在大大减小无线蜂窝技术和Wi-Fi网络在这一地区的通信流量负荷。这是因为上行链路仅需要小的带宽即可,倒是下行链路导致网络拥挤。Li-Fi技术很快就会呈现相当迷人的商业市场,例如,迪拜计划很快就会成为使Li-Fi适应其路灯的第一个城市。据称,每只灯要耗资迪拜1000 美元。

如今,物联网正成为一场影响世界范围的革命。甚至有很多专家在问:我们在这里可以品尝所有的处理数据的能力吗?Li-Fi已经证明它是一个可行的、 有效的和安全的解决方案。无论家里、办公室或是工厂都能运行自己的基于Li-Fi的高容量网络方案而不会对公众网络产生不利影响。