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浅谈LiFi技术及其应用与发展陈圆 指导老师：鲍宁海摘要：WiFi技术已经越来越普及，不过抱怨无线信号不稳定、上网速度慢、WiFi热点太少的人也越来越多。现在，有一项新技术LiFi，可能会让这些问题得到解决。简单地介绍了LiFi的含义，详细说明LiFi的特点及技术优势，并将其与WiFi技术作了比较最后对LiFi的应用和未来进行讨论。关键字：LiFi ；优势；发展；光通信；无线可见光通信；WiFi补充 0 引言近些年来，无线通讯逐渐变成了像水和电一样的基本生活必需品，人们每天都用它交流，学习，工作等，无线通讯几乎参透入人们生活的每一个角落。无线通讯主要应用电磁波的理论，从容量上说，电磁波有其局限性，它的频谱资源稀少而昂贵，这样局限性使其不能满足日益增长的对数据传输字节或数据。从能效上说，全球有上千上万个基站，它们的无线通讯重要组成部分，但其消耗的能源有不少于70%是用来冷却基站的，大部分能耗浪费在大气中，只有一小部分的能耗为我们提供了通讯服务。于是，LiFi技术很有可能成为解决容量和能耗的问题，作为无线通讯中的重要组成部分。它也有可能与WiFi竞争，成为人们接入互联网的通路。1 LiFi的概念可见光无线通信（称为LiFiLightFidelity）是利用快速的光脉冲无线传输信息，现在它可能已准备好与WiFi展开竞争。根据不同速率在光中编码信息完全可行，例如LED开表示1，关表示0，通过快速开关就能传输信息。由于LED的发光强度，人眼不会注意到光的快速变化。LiFi技术目前还处在于实验室阶段，由Haas和他爱丁堡大学的团队发明的一项专利技术。电灯泡一直以来被视作发明家梦寐以求的灵感闪现的象征。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。LiFi技术是运用已铺设好的设备（无处不在的灯泡），只要在灯泡上植入一个微小的芯片，就能变成了类似于AP（WiFi热点）的设备，是终端随时能接入网络。这有点像欧洲当年发明ADSL技术一样，也是已有的设备上，充分利用频带资源，才使得现在网上冲浪成为普通家庭生活的一部分。图一LiFi技术相对于当前技术的位置。光电磁波有线光纤通信电缆通信无线LiFiWiFi/GSM/CDMA图一1 LiFi的技术优势LiFi的技术优势主要在于（1）建设便利。灯泡这种设备在早百多年前被人类发明，并在这百多年来灯泡的技术越来越发达。人们可以利用已经铺设好的电灯设备电路，在需要接入网络的地方植入一个芯片即可。例如高速公路上的路灯（如图二），人们在高速行驶的车上能轻易的接收到路灯传来的信号。图二 路灯（2）高带宽，高速率。如图三所示，可见光的频谱带宽是目前电磁波带宽的10000倍。目前据报道，实验室测试最高速度可达1Gbps。这对于人们对速度的要求是个可喜的数据，人们可以随时随地的享受高速带来的体验。 图三 可见光的频宽是无线电的10000倍（3）绿色，低能耗。人们无时无刻都处在“光”这环境中，甚至可以说是光创造了人类，可见光对于人类来说是绿色的，无辐射伤害的一种物质。因此用光来作为无线通信的媒质，是一种对人类发展更健康，更可取的方向。同时用光来通信能减低能耗，因为不需要想基站那样提供额外的能耗。就算是在白天，只要把作为“热点”的灯的亮度降低人眼所觉察不到的程度即可，在夜晚的时候可以作为数据传输和照明的作用。（4）安全。对于电磁波来说，其可以穿透物体进行传播，从安全角度上看，这可能会被截取而泄露信息。但对于LiFi来说，可见光只能延直线传播，不会穿透墙体的物体。数据只往人们所设定的方向传播，只有利于信息的安全性。3 LiFi与WiFi技术的比较WiFi功能是所有手持设备用户的心头之好。数据显示，2011年，全球4.39亿家庭用户使用WiFi，经过WiFi认证的产品发货量超过了20亿部。不过，由于每月全球50亿手机传输的高达6拍字节(1拍等于10亿兆)的数据，导致无线局域网和无线通讯网络的无线电频率所剩无几。作为无线数据传输的最主要技术，WiFi利用了射频信号。然而，无线电波在整个电磁频谱中仅占很小的一部分。而随着用户对无线互联网需求的增长，可用的射频频谱正越来越少。这直接导致越来越多的人抱怨无线信号不稳、网速太慢、经常掉线等。就没有东西能搞定这个难题吗？Herald Haas教授终于找到了替代技术：利用灯泡发出的光传输数据。他在普通灯泡中植入电子装置，利用光线强度发生的微弱变化传输数据。这种用光波取代无线电波传输数据的新技术叫做LiFi(光保真)技术。将可见光用于LiFi，要调制其输出以使其携带信息，就像WiFi路由器一样。不过这一技术也有着自身的局限。雅典Harokopio大学信息学讲师Thomas Kamalakis推荐了Haas的技术，但也表示该技术的潜力不应被高估。他表示：“一个明显的问题是，可见光无法穿透物体，因此如果接收器被阻挡，那么信号将被切断。”英国华威大学工程学院助理教授Mark Leeson也持相同看法。他提出：“问题在于，我们的手机如何使用可见光来通信？”Haas表示，这是两个现实问题，但他也有简单的临时解决方法。“如果光信号被阻挡，而你需要使用设备发送信息，你可以无缝地切换至射频信号。”他认为，可见光通信并不是WiFi的竞争对手，而是一种相互补充的技术，这将有助于释放频谱空间。4 LiFi的应用与发展 通过给普通的LED灯泡加装微芯片，使灯泡以极快的速度闪烁，就可以利用灯泡发送数据。而灯泡的闪烁频率达到每秒数百万次。通过这种方式，LED灯泡可以快速传输二进制编码。但对裸眼来说，这样的闪烁是不可见的，只有光敏接收器才能探测。这类似于通过火炬发送莫尔斯码，但速度更快，并使用了计算机能理解的字母表。使用标准的LED照明灯，哈斯与他的同事戈登波维创建的研究小组已经达到了两米距离的130兆比特每秒的传输速度。随着白炽灯、荧光灯逐渐退出市场并被LED取代，未来任何有光的地方都可以成为潜在的LiFi数据传输源。想象一下这样的场景：在街头，利用路灯就可以下载电影；在家里，打开台灯就可以下载歌曲；在餐厅，坐在有灯光的地方就可以发微博；即便是在水下，只要有灯光照射就可以上网。LiFi另一个巨大的好处是在任何对无线电敏感的场合都可以使用，比如飞机上、手术室里等。图四 手术室 图五 飞机目前，通过改进智能手机上的LED(如摄像头、屏幕、闪光灯等)，是LiFi走向大众消费市场的最快路径。哈斯与波维创建了一家VLC(可见光通信)公司，并研发出一款智能手机应用，该应用使一对iPhone实现了低速率的数据传输。在拉斯维加斯举行的2012年消费电子展览会(CES)上，卡西欧发布了两部使用可见光进行数据传输的智能手机。三星、西门子等电子巨头没有错过这场盛宴。三星在2010年就开始利用搭载LED背光的LCD平面显示器试验可见光通讯，西门子在2010年通过白色LED可见光通信，实现了最高500Mbps的通信速度。鉴于LiFi巨大的市场前景，卡西欧、三星甚