深度解讀：Li-Fi 技術面面觀

導讀

也許你只聽過Wi-Fi，卻未曾聽過Li-Fi。所以，本文旨在帶大家走近 Li-Fi 技術這一創新智慧，從多個方面包括原理、發明者、發展歷程、特點和優勢、應用前景、商用和測試等等，進行觀察和剖析，讓大家全方位地理解 Li-Fi 技術。

Li-Fi 是什麼？

Li-Fi，是英文 Light Fidelity 的縮寫，類似於Wi-Fi 。Li-Fi 使用電磁波譜的可見光部分，進行信息傳輸。它是一種雙向、高速、完全網路化的無線通信技術，同時它也是一種可見光通信的形式，屬於無線光通信的一部分。無線光通信包括紅外和紫外通信，也包括可見光通信。然而，Li-FI是一種獨特的形式，因為它既可以用於照明，也可以同時用於通信。

（圖片來源於：pureLiFi）

Li-Fi 技術，通過對於光線強度的調製（例如LED燈發出閃爍的光線）來傳輸數據。這種光的閃爍頻率極高，肉眼是無法察覺的。只有光敏探測器才能檢測到這種光線變化，然後將其轉化成電信號的形式。

Li-Fi 工作原理是怎樣的？

當LED燈泡上有恆定的電流通過時，燈泡就會激發出連續的光子流，然後我們就會觀察到可見光。如果電流緩慢變化，輸出的光線就會忽明忽暗。

因為LED燈泡是半導體設備，電流以及輸出的光線，可以通過極高速的方式進行調製。然後，光電探測器會檢測到這種信號，轉化為電流的形式。這種光電調製是人眼無法察覺到的。

如下圖所示：LED燈具利用信號處理技術，將數據嵌入到光束中，並且以超高的速度發給光電探測器，然後這種微小的光線變化會被轉化為電信號，再轉回數據流的形式，發送給計算機或者移動設備。

（圖片來源於：pureLiFi）

無線射頻通信需要射頻電路、天線和複雜的接收器。然而 Li-Fi 要簡單的多，它使用的直接調製方法，和低成本紅外通信設備使用的方法類似。紅外通信，為了不損傷眼睛，所以功率受限。然而，LED燈泡可以具有高亮度，能夠達到很高的數據傳輸率。

Li-Fi 有哪些特點和優勢？

作為一個無線通信系統來說，Li-Fi 的特點和優勢包括：容量、效率、安全性等。這些包括和 Wi-Fi 對比優勢，但是從本質上來說，兩種技術是可以互補的。

容量

帶寬：可見光頻譜資源十分豐富，目前無需授權，可直接使用。

數據密度： Li-Fi 具有1000倍於Wi-Fi的數據密度，因為可見光可緊密低包含於照明區域中，而射頻通信往往會發生分散，造成干擾。

高速度：因為低干擾，高設備帶寬和高強度光學輸出，所以數據率十分高。

規劃：規劃很簡單，因為在人們進行通信的地方往往有照明設施，而且信號強度較好。

效率

低成本：相對於射頻通信，需要的元件更少。

能量：LED照明本身就是節能的，數據傳輸只需要微不足道的額外功率。

環境：射頻在水下十分難以傳輸，但是Li-Fi可以在水中很好傳輸。

安全

健康：地球上的生命已經適應暴露在可見光中，所以該技術沒有健康方面的憂慮。

無害：可見光通信，可以避免在某些特定條件下干擾電子電路。

保密性

密閉：Li-Fi 信號很難被竊聽，因為信號局限於照明區域，無法穿牆。

控制：數據是直接從一個設備傳輸到另外一個，用戶可以了解數據的去向，沒有必要附加安全措施，例如像藍牙那樣進行配對。

Li-Fi 可以有哪些應用？

LED（發光二極體）在在照明方面的使用量急劇增長，為Li-Fi 技術的應用帶來了前所未有的機遇。

Li-Fi 特別適用於很多流行的網路「內容消費」應用，例如影音下載、直播等等。這些應用對於下行帶寬的要求很高，但對於上行帶寬要求很小。Li-Fi 可以使得大部分網路流量，從現有無線射頻網路中分流出來，從而也拓展了蜂窩網和Wi-Fi 的容量。以下列舉 Li-Fi 的一些相關應用：

RF 頻譜救助：

蜂窩網路的一部分流量可以分流入Li-Fi 網路，對於下行鏈路特別有效，這也往往是瓶頸發生的地方。

智能照明：

任何私有或者共有的照明設備包括街燈，都可以用於提供Li-Fi 熱點，同樣的通信和感測器設施，也可以用於監視和控制照明和數據。

移動連接性：

筆記本、智能手機、平板電腦和其他移動設備，可以直接使用Li-Fi 互聯。短程連接具有很高的數據率和安全性。

危險環境：

相對於來自危險環境（例如礦山和石油化工廠）的無線電電磁干擾，Li-Fi 是一個安全的選擇。

醫院和醫療保健：

Li-Fi 不產生電磁干擾，所以也不會干擾醫療設備，或者被核磁共振掃描儀干擾。

航空:

因為飛機上已經部署有LED設備，所以 Li-Fi 可以減少重量和布線，增加航空客艙座位布局的靈活性，也可以讓乘客的移動設備和機上娛樂（IFE）系統相互連接。

水下通信:

因為水可以吸收射頻信號，所以水下無法使用無線電通信。而聲波的帶寬極低，容易干擾海洋生物。Li-Fi 是短距離水下通信的一個良好解決方案。

車輛和交通:

頭燈和尾燈、街燈都是LED的，包括交通標誌也在向LED燈轉變。所以，Li-Fi，有望用於車車通信、車和道路之間通信、道路安全和交通管理。

迴避射頻:

一些人對於射頻過敏，Li-Fi 是一個很好的替代解決方案。

地理位置服務(LBS)：

高精度地理位置信息服務，例如廣告和導航，讓接收者可以及時收到和地理位置相關的信息。

玩具:

許多玩具具有LED燈，它們可以用於互動玩具之間極端低成本的通信。

Li-Fi 之父和Li-Fi 的成長曆程

Li-Fi 這個概念，最初是由英國愛丁堡大學電子通信學院移動通信系主席、德國物理學家 HaraldHass（哈拉爾德·哈斯)教授發明。

（圖片來源於：pureLiFi）

哈拉爾德·哈斯教授於2011年，在一次TED演講中，首次將這種可見光通信技術稱為「Li-Fi」，從此Li-Fi 技術開始進入公眾和媒體視線。哈拉爾德·哈斯教授當之無愧地成為「Li-Fi」之父。

（圖片來源於：pureLiFi）

2012年，他成立了「pureLiFi」公司，一家處於Li-Fi 技術商業化前沿的公司。

2013年，哈拉爾德·哈斯 教授 於在愛丁堡大學建立建立了世界上首個關於Li-Fi 研發的中心。

2016年，「pureLiFi」公司發明了世界上第一個Li-Fi 加密狗 LiFi-X，並集成到Li-Fi 燈具中。

上個月，哈拉爾德·哈斯 教授於今年11月在北京獲得了國際半導體照明聯盟（ISA）頒發的傑出貢獻獎。

Li-Fi 商用產品和測試情況

最近，技術研發公司pureLiFi，已被新加坡媒體資訊通信發展管理局（IMDA）批准在新加坡展開Li-Fi測試。目前為止， pureLiFi已經公布了三個版本的Li-Fi系統，包括由全球首個Li-Fi加密狗組成的LiFi-X，以及與法國照明製造商Lucibel 合作開發的LiFi 集成照明設備。

隨著物聯網的發展，聯網的設備將在2020年左右超過500億個，無線頻譜資源匱乏引發的帶寬危機，已經越來越嚴重。另外，每年世界所需要使用的無線數據量也在不斷增加。所以，Li-Fi 為解決這些挑戰提供了一條新思路和方案。Li-Fi 在新加坡的測試，也將有助於提高新加坡在未來5G和物聯網領域的國際競爭力。

參考資料

【1】http://purelifi.com

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