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除了WiFi，你知道LiFi吗？
来源: 核电工程数字实验室 | 作者:szrgzncyxh | 发布时间: 2019-11-21 | 1750 次浏览 | 分享到:


听起来感觉很神奇，LIFI通过在LED上植入一个微小的芯片，利用电信号控制发光二极管（LED）发出肉眼看不到的高速闪烁信号来传输信息，这种技术做成的系统能够覆盖室内灯光达到的范围，电脑不需要电线连接只要在室内开启电灯，无需WIFI也可接入互联网。LIFI与光纤通信拥有同样的优点，高带宽，高速率，不同的是，LiFi是使光传播在我们周围的环境中，自然光能到达的任何地方，就有LiFi的信号。

迟楠，丹东二中1992年毕业生，现为复旦大学信息学院通信系主任、教授、博士生导师。她带领的团队，研制出国内首个高速实时可见光通信系统样机，在第15届国际工业博览会展出，并获得创新奖，为可见光通信这一战略新兴产业的发展起到推进作用。可见光通信技术现已经应用到各大领域，如智能机器人巡检、宇航员飞行、水下通信、核电站及重大工程设施、安全保密通信等。



技术特点
1、广泛性 LED的响应时间短、寿命长、无辐射，所有的LED灯都可成为互联网的基站。 

2、成本低廉和节能 现在广泛使用的无线电数据传输方式，最显著的使用领域即无线移动通信（手机），为了满足对通信效果的需求，要建立大量的基站以增强通信信号。现在仅中国就有140万个基站用以增强信号，但其能源利用效率只5%左右，大部分能量都用在设备发热降温冷却上。可见光通信具有极高的能源利用效率，其通信功率仅占照明功率的5%左右，其信号通过LED照明灯具所发出，传输简单设备成本低廉。

3、高速率性 目前可见光通信速度可以达到每秒数十兆甚至数百兆，未来的传输速度还有可能超过光纤的传输速度。
    
4、频谱资源丰富 目前用于通信、导航、雷达、广播及无线电视的电磁波从长波到毫米波全波段的频率范围是从10kHz到300GHz，全部频谱宽度不大于3×102GHz；而可见光的波长范围为380nm至780nm，频率范围为3.85×106GHz到7.89×106GHz，频谱宽度大于4×106GHz，为现有通信频谱的13333倍。显而易见，可见光通信的频谱宽度远大于现在所有可用于通信的频谱宽度。

5、信息传输的高保密性 无线通信中的射频信号对人体有害，容易对其他设备产生电磁干扰，不适宜在电磁敏感区使用，如飞机、医院等。无线电通信还存在电磁波泄漏的可能，不适用在需要信息保密的传输场合。LED可见光通信则没有电磁干扰等问题，且具有安全性高的优势，用窗帘遮住光线，信息就不会外泄至不需要信号的场所。 

6、实用性 可以对无线通信覆盖的盲区作填补，如核电站、地铁、隧道、航海、机舱及矿井等无线通信不畅的区域。 

关键技术
1、新型光源的研制 多数高级LED灯的能耗，虽可以低至普通灯泡的不到1/20，但耐久度却分别是荧光灯和白炽灯的10倍和100倍，且照明效果更加稳定。LED与白炽灯等气体照明基于的是不同的发光机理，节能绿色的LED灯是一种固态照明技术。 目前，为了突破LED的调制带宽和能效，美国、欧洲均在开展研究下一代的新型固态照明和新型能源驱动的发光器件。可见光源如何能够在室外环境下稳定工作，克服恶劣天气下的大气信道环境恶化也是一大难题。 

2、调制与复用技术研究  调制与复用技术研究包括基于LED的新型脉冲位置调制、OFDM调制、波分复用调制、空间复用、线性化与通信质量的提高、MIMO发送与接收阵列等都是十分重要的研究课题。调制与复用技术是决定通信质量、通信容量的关键问题。 

3、成像接收的耗电问题  光无线通信系统根据接收端的不同分为两种，一为基于光电二极管的非成像接收，一为基于摄像头的成像接收。若采用手机等终端设备的摄像头进行成像接收，其耗电将大于设备的某些系统，例如蓝牙、Wi-Fi等。因此成像可见光系统的耗电亦将是其需要考虑的重要问题。基于成像技术的可见光通信可以催生很多手机应用APP，例如室内高精度地图定位、传感以及人体识别等新型应用。 

4、可见光泄露的安全性  通常，由于可见光不能穿透墙壁等物体，人们认为可见光具有非常高的安全度。当光线被遮挡时，通信系统随即中断，因此一直被认为可用于安全保密性要求极高的场合。但实际的研究表明，由于光线在空气中的散射等作用，可见光通信系统仍然会存在信息泄露的问题。例如在LED灯进行照明通信时，室内的门缝、玻璃、窗帘等区域都是信息可能泄露被窃听的途径。因此，可见光泄露的安全性问题不应被简单地忽视。 

5、人体视觉心理安全感受  一方面，人体在有足够太阳光以及夜晚的场合，并不需要额外的光线。为了满足人眼对光线的舒适感知，可见光系统需要在弱光或无光条件下保持通信的技术方案。  另一方面，人眼对于光线分布、不同色彩光线等也都有不同的舒适度感知。可见光无线通信如果能够结合人眼的光线感知进行研究，将会带来更易被人们接受的通信系统。同时，在人眼感觉舒适的照明环境中，可见光的接收难度会进一步加大，能够在背景光中分辨通信光的技术就更为重要。
优点 
LiFi技术最大的优势是不同于WiFi，它并不会和其他无线电信号发生干扰，所以能够用在飞机上以及其他需要考虑电磁兼容问题的场合。另一大优势是，相对频段频谱有限的无线电，可见光的频段频谱要比前者大10000倍，这意味着在LiFi网络里单个数据信道的带宽就可以做得很大，也可以容纳更多的信道作并行传输，从而让整个传输速率大幅度提升。  另外目前广泛应用的蜂窝网络、WiFi设备都存在着发热量大、能量转化率低的问题。比如蜂窝网络基站内的设备，其频率不高，但其能量转化率不足一成，其余九成多的能量都转化成热量，往往需要引入冷却设备以保持正常运行。而LiFi就没有这个问题，极低的发热量使其不需要冷却设备也能稳定运行。 

最后就是其高安全性。首先光的特性决定了它无法穿墙传输信号，也就意味着它的安全性很强，WiFi使用中常出现的“蹭网”现象，就可以有效避免。同时不同于共用信道的WiFi，LiFi的上行和下行信道是独立运行的，黑客必须处在同一个房间之中，并侵入两个信道才能完成一次真正意义上的攻击。 

缺点 

虽然LiFi确实有不受无线电信号干扰的优势，但其许多优势都因下述事实黯然失色：可见光不能穿透墙壁，这一关键事实使得WiFi获得了很大优势。这种可视性限制提高了系统安全性，但尚不清楚信号接收的最小距离。可以设想的是，利用长焦镜头和调整恰当的光学传感器，人们就可以截获光学信号。TechCrunch表示，尽管LiFi被宣传为一种可能的机载无线通信技术，但WiFi在大多数美国航空公司的大规模普及，使得LiFi在飞机上的应用前景越来越不乐观。

应用场景 
1、会议通信网络系统 在大型会议室等需要信息传输的场合，我们可以建立可见光通信网络。事先将会议资料上传到灯具上，参会人员可利用笔记本电脑等接收终端在灯下直接接收下载，而无需主办方打印大量的纸质会议资料，实现无纸化办公，节能环保。   

2、导购系统 商场、超市导引系统，可用手机为接收器，通过可见光通信系统，引导顾客尽快地选购商品。也可以向顾客发布诸如“新商品信息”、“特价商品信息”等，引导顾客消费。   

3、医院的导诊系统 其主要功能是引导患者进行挂号、诊室就医、化验、检查、处置、注射、缴费、取药、住院等医疗全过程，方便患者，节约其寻找、问询的时间。   

4、定位系统 建立可见光通信系统进行矿下人员的实时定位监控与记录，随时掌握矿下人员分布状况。一旦发生矿难，可及时掌握人员分布状况和发生矿难区域，给紧急救援赢得宝贵的时间。   

5、车载定位系统 还可以利用车辆前后LED信号灯以及LED路灯、LED交通指示灯，建立室外交通车载定位系统，实现车辆间的间距控制以及防碰撞保护、车辆与交通管控系统间的违规监控、实时路况等数据的高速交互，以保证车辆的行车安全，也为车辆严重违章、重大车祸等提供相应线索和依据。   

6、可视化安全支付系统 利用可见光通信定向辐射、快速衰减以及可视化传输等特点，实现手机的新型安全支付。相比传统无线支付方式，避免了电磁泄漏问题；相比接触式支付方式，免除了额外设备。 预见未来 LiFi可见光通信，能够同时实现照明与通信的功能，具有传输数据速率高、高保密性、无电磁干扰、频谱资源丰富等优点，具备宽广的战略发展前景和巨大的市场应用空间。相信在不久的将来，可见光技术在通信领域中，将会占据重要的地位，并将大大地推动信息化社会的发展，迎来一场新的世界通信革命！