文/魯透社

　　來(lái)源：紫金山科技（ID:zijinshan2013）

　　2010 年 5 月，在中科院半導(dǎo)體所，幾家媒體的記者第一次近距離地了解了一項(xiàng)被視為可以對(duì)抗 Wi-Fi 的神秘技術(shù)——由 LED 燈泡帶來(lái)的光無(wú)線網(wǎng)，那也是他們第一次聽(tīng)說(shuō)這個(gè)技術(shù)。

　　當(dāng)時(shí)，該研究所副所長(zhǎng)提出了一種 Wi-Fi 無(wú)線通信的尷尬場(chǎng)景：例如在一個(gè)載人數(shù)量超過(guò) 500 人的大型飛機(jī)內(nèi)，乘客們?cè)谧簧嫌霉P記本上網(wǎng)、開(kāi)視頻會(huì)議、下載高清視頻節(jié)目時(shí)，單個(gè)座位需要很高的帶寬才能實(shí)現(xiàn)。盡管一些航空公司已推出了 Wi-Fi 空中上網(wǎng)，但速率低，帶寬窄，價(jià)格昂貴，不足以支持這些需要，并且其射頻信號(hào)對(duì)飛機(jī)與地面通信仍有影響，而且當(dāng)飛機(jī)飛行高度低于海拔 3000m 時(shí)，空中 Wi-Fi 服務(wù)會(huì)自動(dòng)停止。

　　那么，有沒(méi)有一種更好的技術(shù)來(lái)解決這類問(wèn)題呢？

　　該研究所給出的答案，就是把 LED 燈的光，變成一個(gè)無(wú)線網(wǎng)，讓機(jī)艙內(nèi)無(wú)線上網(wǎng)的“最后一米”，僅僅通過(guò)座位上方的 LED 照明燈就可以實(shí)現(xiàn)。

　　有燈的地方就能上網(wǎng)？在場(chǎng)的記者一頭霧水。

　　面對(duì)記者們的面面相覷，該副所長(zhǎng)介紹，這是中科院半導(dǎo)體所依托中科院知識(shí)創(chuàng)新工程重要方向項(xiàng)目“半導(dǎo)體照明信息網(wǎng)（S2-link）的研究”研發(fā)的“半導(dǎo)體照明通信技術(shù)”，是一種完全避免射頻接入產(chǎn)生電磁干擾的通信新技術(shù)，于 2009 年 1 月首次實(shí)現(xiàn)了采用 LED 燈作為接入點(diǎn)的互聯(lián)網(wǎng)接入，隨后，該技術(shù)于 2009 年 11 月在上海工博會(huì)獲得了展示。

　　記者們參觀之前的 2010 年 2 月，該半導(dǎo)體所成功研制出了該半導(dǎo)體照明通信系統(tǒng)的第三代樣機(jī)，網(wǎng)絡(luò)帶寬達(dá)到 2Mbit/s，5 月，即在上海世博會(huì)的“航空館”和“滬上·生態(tài)家”又進(jìn)行了展示。

　　一時(shí)間，這一新興技術(shù)吸引了產(chǎn)學(xué)研界不少目光，甚至被帶上了“PK 掉 Wi-Fi”的帽子。

　　十年來(lái)，Wi-Fi 已發(fā)展到了 Wi-Fi 6 時(shí)代，移動(dòng)通信更大步邁入了 5G，而“燈泡上網(wǎng)”從未被停止探究，甚至在 2019 年底的媒體報(bào)道里，還被喻為“可能是 5G 請(qǐng)來(lái)的救兵”。

　　2020 年 5G 狂奔，從科研到產(chǎn)業(yè)，留給這項(xiàng)技術(shù)的機(jī)會(huì)還多嗎？

　　無(wú)線通信，為何要在“光”上做文章？

　　在 2011 年英國(guó)愛(ài)丁堡大學(xué)電子通信學(xué)院移動(dòng)通信系主席、德國(guó)物理學(xué)家 Harald Hass 一次“用 LED 光源擔(dān)當(dāng)無(wú)線傳輸數(shù)據(jù)”的 TED 演說(shuō)被廣泛報(bào)道后，國(guó)內(nèi)媒體才發(fā)現(xiàn)，其實(shí)這個(gè)被定義為 Li-Fi（light fidelity）的燈泡上網(wǎng)技術(shù)，是從 2003 年開(kāi)始由這位教授領(lǐng)銜開(kāi)始研發(fā)的。

　　通俗講，和無(wú)線電波一樣，光波也是電磁波，因此在普通的 LED 燈泡上加裝一個(gè)微芯片后，可以控制燈泡以每秒數(shù)百萬(wàn)次的頻率閃爍，亮了表示1，滅了代表0，二進(jìn)制的數(shù)據(jù)就被快速編碼成燈光信號(hào)，人的肉眼并無(wú)法識(shí)別到這種高頻變化。

　　這些包含二進(jìn)制數(shù)據(jù)的燈光信號(hào)通過(guò)特定的光敏傳感器，就可以傳輸?shù)綗艄庀碌氖謾C(jī)、平板等設(shè)備上。

　　那么，Li-Fi 是如何連接外部網(wǎng)絡(luò)的？據(jù)中科院半導(dǎo)體研究所解釋，半導(dǎo)體照明通信系統(tǒng)由接入控制器、照明 LED 燈和用戶適配器三部分組成，通常安置在 LED 燈上方的接入控制器通過(guò)以太網(wǎng)、衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)（例如在飛機(jī)上）等方式連接外部網(wǎng)絡(luò)。

　　被不少媒體報(bào)道后，業(yè)界紛紛探究其 Li-Fi 與 Wi-Fi 方式的具體區(qū)別。

　　在技術(shù)上，相對(duì)于 Wi-Fi 采用無(wú)線電信號(hào)進(jìn)行信號(hào)傳輸，半導(dǎo)體照明通信系統(tǒng)下行信號(hào)采用連續(xù)的可見(jiàn)光傳送信號(hào)，而上行采用猝發(fā)紅外線傳送數(shù)據(jù)，另外，在通信協(xié)議上也不盡相同，半導(dǎo)體照明通信系統(tǒng)通信協(xié)議雖然在設(shè)計(jì)時(shí)部分參考了現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議，但是在編碼方式、調(diào)制方式等方面均有不同。

　　簡(jiǎn)言之，有 2 個(gè)優(yōu)點(diǎn)但也有 2 個(gè)缺點(diǎn)。

　　優(yōu)點(diǎn)是不會(huì)像 Wi-Fi 一樣容易收到射頻接入的電磁干擾，且最初研發(fā)出來(lái)的局域網(wǎng)傳輸速率比 Wi-Fi 更高；另外，Li-Fi 最受關(guān)注的一大特點(diǎn)是安全，在 LED 燈的光照射范圍內(nèi)才能通信，而光線照射不到的地方?jīng)]有信號(hào)，所以具有高度保密性，有可能在某些保密場(chǎng)所得到應(yīng)用。

　　當(dāng)然，“無(wú)光就無(wú)網(wǎng)”這一保密性高的特點(diǎn)，同樣是其一大缺點(diǎn)，不能在室外陽(yáng)光下或任何不穩(wěn)定的條件下使用，也不能在沒(méi)有 LED 燈泡的情況即黑暗中工作，隔著墻更不能使用。而且，就覆蓋距離來(lái)說(shuō)，Li-Fi 遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于 Wi-Fi。

　　在這樣明顯的劣勢(shì)下，為何科研界還早早投入了研發(fā)？早在 2007 年 12 月，國(guó)際通信與電子工程師協(xié)會(huì)就成立了 IEEE802.15 委員會(huì)，以推進(jìn)近距離通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化的工作，設(shè)立了可見(jiàn)光通信研究小組。并且引得日本、美國(guó)和韓國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)都來(lái)參與？

　　在科研界看來(lái)，比起其缺點(diǎn)，該技術(shù)的潛力和未來(lái)商用似乎更值得探究，相比傳統(tǒng)射頻無(wú)線技術(shù)，LED 照明通信具有更大的帶寬潛力，隨著器件的改進(jìn)，未來(lái)能夠達(dá)到每秒幾百兆到上G的接入速度。

　　2015 年 11 月，愛(ài)沙尼亞一家創(chuàng)業(yè)公司在小型環(huán)境中部署了名為 Jungru 的 Li-Fi 技術(shù)，第一次成功完成了對(duì) Li-Fi 在“現(xiàn)實(shí)生活中的測(cè)試”，在 LED 燈照射范圍內(nèi)，數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)到了 Gbps 級(jí)別。

　　事實(shí)上，在 2013 年 10 月，復(fù)旦大學(xué)就成功將網(wǎng)絡(luò)信號(hào)接入 1W 的 LED 燈珠，在燈光的照射下就已實(shí)現(xiàn)了最高速率達(dá)到為 3.25Gbps 的四臺(tái)電腦的聯(lián)網(wǎng)。

　　不過(guò)由于通信介質(zhì)空間存在反射、漫射光等各種干擾光源，導(dǎo)致“燈泡上網(wǎng)”通信誤碼率偏高。因此，為了保證可靠通信，科研界在改進(jìn)驅(qū)動(dòng)電路、接收電路、光學(xué)系統(tǒng)及一些糾錯(cuò)編碼技術(shù)上也做了不少努力。

　　但與 5G 一步一個(gè)階梯的道路不同，Li-Fi 近十年來(lái)的發(fā)展，用舉步維艱來(lái)形容也不為過(guò)。

　　風(fēng)口，或許還在遙遠(yuǎn)的未知

　　從 Hass 教授的 TED 演講，到國(guó)內(nèi)外科研界踴躍投入研發(fā)，到陸續(xù)出現(xiàn)可用于實(shí)際場(chǎng)景的 Li-Fi 解決方案，“燈泡上網(wǎng)”在全球掀起了一陣熱潮，不少 LED 生產(chǎn)廠商也開(kāi)始進(jìn)行可見(jiàn)光通信領(lǐng)域的研發(fā)，但長(zhǎng)期以來(lái)卻仍然停留在學(xué)術(shù)討論階段。

　　軍事、水下通信、物聯(lián)網(wǎng)、路燈、汽車通信、保密通信，都一度被列為 Li-Fi 的重點(diǎn)應(yīng)用領(lǐng)域。

　　例如在軍事方面，Li-Fi 的覆蓋范圍可以限制在一個(gè)小的照明區(qū)域，在特定光線下和不能使用移動(dòng)電話的區(qū)域?qū)崿F(xiàn)(如彈藥房)中對(duì)敏感信息的訪問(wèn)。

　　水下通信，是鑒于光可以在水中傳播，而 Wi-Fi 的無(wú)線電信號(hào)會(huì)被水吸收。這可能會(huì)改變水下航行器之間的通訊方式。

　　而代替 Wi-Fi，則 Li-Fi 吸引眾多企業(yè)參與、最被給予厚望的一個(gè)前景。當(dāng)時(shí)曾有企業(yè)代表說(shuō)，當(dāng)智能門鎖、健康手環(huán)、攝像頭跑步機(jī)等等都被串聯(lián)在同一個(gè) Wi-Fi 系統(tǒng)下，一旦單個(gè)硬件的漏洞被攻破，所帶來(lái)的連環(huán)風(fēng)險(xiǎn)恐怕是很大的。

　　而 Li-Fi 的吞吐量也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò) Wi-Fi，理論上可達(dá)到 200+Gbps，被認(rèn)為可以支持上億物聯(lián)設(shè)備，在汽車通信、交通信號(hào)燈等方面可大有作為。

　　甚至在 5G 技術(shù)快速成熟的幾年中，Li-Fi 也出現(xiàn)在不少 ICT 企業(yè)的研發(fā)課題中，除了超高的吞吐量被看好，與 5G 需要建立大量通信基站的規(guī)模化投入不同，Li-Fi 幾乎不需要很高的運(yùn)營(yíng)成本，將城市的可見(jiàn)光源更替成帶有傳輸芯片的 LED 就可以，這樣的低成本前景顯然有著巨大的吸引力。

　　但要想替代 Wi-Fi，顯然不是技術(shù)特點(diǎn)能決定了的。數(shù)十年來(lái)，Wi-Fi 的發(fā)展已經(jīng)盤根錯(cuò)節(jié)無(wú)所不在，到 2020 年，市面上支持 Wi-Fi 6 的路由器和手機(jī)等終端越來(lái)越多，以雙頻并發(fā)、500M 以上的網(wǎng)絡(luò)帶寬等特點(diǎn)，把家庭、企業(yè)、商家的 Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)又提升了一大截。

　　但 Li-Fi 要想獲得超大帶寬，首先在技術(shù)穩(wěn)定性上就給研發(fā)者提出了不少難題。

　　例如在反向傳輸上，Li-Fi 終端設(shè)備如何反射信號(hào)給 LED 燈，需要專業(yè)的集成芯片來(lái)支撐，多年來(lái)尚沒(méi)有突破性進(jìn)展。

　　例如在傳輸距離上，要在各種場(chǎng)景中保證一個(gè)無(wú)死角、不間斷、無(wú)遮擋的 LED 光源，每一個(gè)場(chǎng)景都需要仔細(xì)打磨，學(xué)習(xí)和適應(yīng)成本較高。

　　即便是“有光就有網(wǎng)”，但現(xiàn)實(shí)中每個(gè)場(chǎng)景出現(xiàn)的遮擋物遠(yuǎn)比科研預(yù)想的要多得多。

　　再加上一直沒(méi)能很好解決原型機(jī)體積龐大、不利于集成化微型化設(shè)計(jì)的問(wèn)題，“有光就有網(wǎng)”的長(zhǎng)板難以彌補(bǔ)上述各類短板，落地和商業(yè)變現(xiàn)的道路依舊漫長(zhǎng)。

　　如文章最前面提到的，軍事、機(jī)艙里等特殊場(chǎng)景，加上其沒(méi)有頻譜限制，或許是 Li-Fi 在 5G、Wi-Fi 日益成熟的無(wú)線通信舞臺(tái)上，可發(fā)揮作用的小眾戰(zhàn)場(chǎng)。

　　但至少現(xiàn)在看來(lái)，并不是一個(gè)有能力揮舞大棒驅(qū)趕 Wi-Fi 的神秘大將。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的灯泡上网这一科技幻想 为何没能真正“发光”？的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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