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(xiàn)通信標(biāo)準(zhǔn)。這意味著，基于光波的無(wú)線(xiàn)傳輸——即Li-Fi，無(wú)需與WiFi競(jìng)爭(zhēng)，而是并列于無(wú)線(xiàn)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？

Li-Fi

開(kāi)燈有網(wǎng)？LiFi比WiFi快100倍

早在2008年英國(guó)愛(ài)丁堡大學(xué)的教授哈羅德·哈斯（Harald Hass）就開(kāi)始了可見(jiàn)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(kāi)提出Li-Fi這一概念。

定義

Li-Fi (Light Fidelity) 是一種基于可見(jiàn)光通訊 (visible light communication，簡(jiǎn)稱(chēng) VLC) 技術(shù)，能達(dá)到雙向、高速無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)目萍迹瑢儆?a target="_blank">光學(xué)無(wú)線(xiàn)通信 (Optical wireless communication，簡(jiǎn)稱(chēng) OWC) 中的一種。通俗來(lái)講，Li-Fi就是以各種可見(jiàn)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(xiàn)通信系統(tǒng) Wi-Fi 使用的是無(wú)線(xiàn)通信射頻 (RF) 訊號(hào)，而 Li-Fi 則使用的是可見(jiàn)光。

原理

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(xiàn)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。

優(yōu)勢(shì)

Li-Fi可達(dá)到傳統(tǒng)Wi-Fi傳輸速度的100倍所使用的可見(jiàn)光頻段、頻譜范圍非常寬，所以L(fǎng)i-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。

Li-Fi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。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。

Li-Fi的安全性很強(qiáng)，由于光無(wú)法穿墻傳輸信號(hào)，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。

挑戰(zhàn)

功過(guò)參半，保障安全的同時(shí)，光線(xiàn)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(xiàn)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。

Li-Fi

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(jiàn)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。

現(xiàn)存的技術(shù)問(wèn)題

可見(jiàn)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(xiàn)造成影響，從而對(duì)Li-Fi產(chǎn)生干擾，導(dǎo)致卡頓。

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(hù)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(huà)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。

Li-Fi應(yīng)用場(chǎng)景

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(xiàn)電不易覆蓋、對(duì)無(wú)線(xiàn)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)院和工業(yè)應(yīng)用等場(chǎng)景恰恰能夠成為L(zhǎng)i-Fi的試煉場(chǎng)。

飛機(jī)是一個(gè)對(duì)無(wú)線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)是否方便也是飛機(jī)客艙實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)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(xiàn)通信所要優(yōu)先考慮的問(wèn)題。

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?chē)褂靡?.4GHz作為工作頻率的射頻無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)（即傳統(tǒng)Wi-Fi技術(shù)）進(jìn)行無(wú)線(xiàn)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。

在工業(yè)場(chǎng)景中，LiFi是工廠(chǎng)實(shí)現(xiàn)超低延時(shí)和零電磁干擾的最佳方案，Wi-Fi無(wú)法滿(mǎn)足智能工廠(chǎng)的超低延遲的需求，同時(shí)，Wi-Fi對(duì)于沒(méi)有做屏蔽保護(hù)措施的機(jī)器造成的電磁干擾，是一個(gè)很大的風(fēng)險(xiǎn)。LiFi可為智慧工廠(chǎng)帶來(lái)高速穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸、零電磁干擾和低能耗的環(huán)境、滿(mǎn)足工業(yè)機(jī)器人的超低延遲需求等，更重要的是LiFi 是現(xiàn)代和未來(lái)工廠(chǎng)中唯一可以用于TSN和工業(yè)機(jī)器人的無(wú)線(xiàn)技術(shù)。

Li-Fi

展望未來(lái)

在應(yīng)用方面，可見(jiàn)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(chē)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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。