文/魯透社

　　來源：紫金山科技（ID:zijinshan2013）

　　2010 年 5 月，在中科院半導體所，幾家媒體的記者第一次近距離地了解了一項被視為可以對抗 Wi-Fi 的神秘技術——由 LED 燈泡帶來的光無線網，那也是他們第一次聽說這個技術。

　　當時，該研究所副所長提出了一種 Wi-Fi 無線通信的尷尬場景：例如在一個載人數量超過 500 人的大型飛機內，乘客們在座位上用筆記本上網、開視頻會議、下載高清視頻節目時，單個座位需要很高的帶寬才能實現。盡管一些航空公司已推出了 Wi-Fi 空中上網，但速率低，帶寬窄，價格昂貴，不足以支持這些需要，并且其射頻信號對飛機與地面通信仍有影響，而且當飛機飛行高度低于海拔 3000m 時，空中 Wi-Fi 服務會自動停止。

　　那么，有沒有一種更好的技術來解決這類問題呢？

　　該研究所給出的答案，就是把 LED 燈的光，變成一個無線網，讓機艙內無線上網的“最后一米”，僅僅通過座位上方的 LED 照明燈就可以實現。

　　有燈的地方就能上網？在場的記者一頭霧水。

　　面對記者們的面面相覷，該副所長介紹，這是中科院半導體所依托中科院知識創新工程重要方向項目“半導體照明信息網（S2-link）的研究”研發的“半導體照明通信技術”，是一種完全避免射頻接入產生電磁干擾的通信新技術，于 2009 年 1 月首次實現了采用 LED 燈作為接入點的互聯網接入，隨后，該技術于 2009 年 11 月在上海工博會獲得了展示。

　　記者們參觀之前的 2010 年 2 月，該半導體所成功研制出了該半導體照明通信系統的第三代樣機，網絡帶寬達到 2Mbit/s，5 月，即在上海世博會的“航空館”和“滬上·生態家”又進行了展示。

　　一時間，這一新興技術吸引了產學研界不少目光，甚至被帶上了“PK 掉 Wi-Fi”的帽子。

　　十年來，Wi-Fi 已發展到了 Wi-Fi 6 時代，移動通信更大步邁入了 5G，而“燈泡上網”從未被停止探究，甚至在 2019 年底的媒體報道里，還被喻為“可能是 5G 請來的救兵”。

　　2020 年 5G 狂奔，從科研到產業，留給這項技術的機會還多嗎？

　　無線通信，為何要在“光”上做文章？

　　在 2011 年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 Harald Hass 一次“用 LED 光源擔當無線傳輸數據”的 TED 演說被廣泛報道后，國內媒體才發現，其實這個被定義為 Li-Fi（light fidelity）的燈泡上網技術，是從 2003 年開始由這位教授領銜開始研發的。

　　通俗講，和無線電波一樣，光波也是電磁波，因此在普通的 LED 燈泡上加裝一個微芯片后，可以控制燈泡以每秒數百萬次的頻率閃爍，亮了表示1，滅了代表0，二進制的數據就被快速編碼成燈光信號，人的肉眼并無法識別到這種高頻變化。

　　這些包含二進制數據的燈光信號通過特定的光敏傳感器，就可以傳輸到燈光下的手機、平板等設備上。

　　那么，Li-Fi 是如何連接外部網絡的？據中科院半導體研究所解釋，半導體照明通信系統由接入控制器、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以太網、衛星網絡（例如在飛機上）等方式連接外部網絡。

　　被不少媒體報道后，業界紛紛探究其 Li-Fi 與 Wi-Fi 方式的具體區別。

　　在技術上，相對于 Wi-Fi 采用無線電信號進行信號傳輸，半導體照明通信系統下行信號采用連續的可見光傳送信號，而上行采用猝發紅外線傳送數據，另外，在通信協議上也不盡相同，半導體照明通信系統通信協議雖然在設計時部分參考了現有互聯網通信協議，但是在編碼方式、調制方式等方面均有不同。

　　簡言之，有 2 個優點但也有 2 個缺點。

　　優點是不會像 Wi-Fi 一樣容易收到射頻接入的電磁干擾，且最初研發出來的局域網傳輸速率比 Wi-Fi 更高；另外，Li-Fi 最受關注的一大特點是安全，在 LED 燈的光照射范圍內才能通信，而光線照射不到的地方沒有信號，所以具有高度保密性，有可能在某些保密場所得到應用。

　　當然，“無光就無網”這一保密性高的特點，同樣是其一大缺點，不能在室外陽光下或任何不穩定的條件下使用，也不能在沒有 LED 燈泡的情況即黑暗中工作，隔著墻更不能使用。而且，就覆蓋距離來說，Li-Fi 遠遠小于 Wi-Fi。

　　在這樣明顯的劣勢下，為何科研界還早早投入了研發？早在 2007 年 12 月，國際通信與電子工程師協會就成立了 IEEE802.15 委員會，以推進近距離通信技術標準化的工作，設立了可見光通信研究小組。并且引得日本、美國和韓國等發達國家和地區都來參與？

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

　　2015 年 11 月，愛沙尼亞一家創業公司在小型環境中部署了名為 Jungru 的 Li-Fi 技術，第一次成功完成了對 Li-Fi 在“現實生活中的測試”，在 LED 燈照射范圍內，數據傳輸速率達到了 Gbps 級別。

　　事實上，在 2013 年 10 月，復旦大學就成功將網絡信號接入 1W 的 LED 燈珠，在燈光的照射下就已實現了最高速率達到為 3.25Gbps 的四臺電腦的聯網。

　　不過由于通信介質空間存在反射、漫射光等各種干擾光源，導致“燈泡上網”通信誤碼率偏高。因此，為了保證可靠通信，科研界在改進驅動電路、接收電路、光學系統及一些糾錯編碼技術上也做了不少努力。

　　但與 5G 一步一個階梯的道路不同，Li-Fi 近十年來的發展，用舉步維艱來形容也不為過。

　　風口，或許還在遙遠的未知

　　從 Hass 教授的 TED 演講，到國內外科研界踴躍投入研發，到陸續出現可用于實際場景的 Li-Fi 解決方案，“燈泡上網”在全球掀起了一陣熱潮，不少 LED 生產廠商也開始進行可見光通信領域的研發，但長期以來卻仍然停留在學術討論階段。

　　軍事、水下通信、物聯網、路燈、汽車通信、保密通信，都一度被列為 Li-Fi 的重點應用領域。

　　例如在軍事方面，Li-Fi 的覆蓋范圍可以限制在一個小的照明區域，在特定光線下和不能使用移動電話的區域實現(如彈藥房)中對敏感信息的訪問。

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

　　而代替 Wi-Fi，則 Li-Fi 吸引眾多企業參與、最被給予厚望的一個前景。當時曾有企業代表說，當智能門鎖、健康手環、攝像頭跑步機等等都被串聯在同一個 Wi-Fi 系統下，一旦單個硬件的漏洞被攻破，所帶來的連環風險恐怕是很大的。

　　而 Li-Fi 的吞吐量也遠遠超過 Wi-Fi，理論上可達到 200+Gbps，被認為可以支持上億物聯設備，在汽車通信、交通信號燈等方面可大有作為。

　　甚至在 5G 技術快速成熟的幾年中，Li-Fi 也出現在不少 ICT 企業的研發課題中，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模化投入不同，Li-Fi 幾乎不需要很高的運營成本，將城市的可見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，顯然不是技術特點能決定了的。數十年來，Wi-Fi 的發展已經盤根錯節無所不在，到 2020 年，市面上支持 Wi-Fi 6 的路由器和手機等終端越來越多，以雙頻并發、500M 以上的網絡帶寬等特點，把家庭、企業、商家的 Wi-Fi 網絡體驗又提升了一大截。

　　但 Li-Fi 要想獲得超大帶寬，首先在技術穩定性上就給研發者提出了不少難題。

　　例如在反向傳輸上，Li-Fi 終端設備如何反射信號給 LED 燈，需要專業的集成芯片來支撐，多年來尚沒有突破性進展。

　　例如在傳輸距離上，要在各種場景中保證一個無死角、不間斷、無遮擋的 LED 光源，每一個場景都需要仔細打磨，學習和適應成本較高。

　　即便是“有光就有網”，但現實中每個場景出現的遮擋物遠比科研預想的要多得多。

　　再加上一直沒能很好解決原型機體積龐大、不利于集成化微型化設計的問題，“有光就有網”的長板難以彌補上述各類短板，落地和商業變現的道路依舊漫長。

　　如文章最前面提到的，軍事、機艙里等特殊場景，加上其沒有頻譜限制，或許是 Li-Fi 在 5G、Wi-Fi 日益成熟的無線通信舞臺上，可發揮作用的小眾戰場。

　　但至少現在看來，并不是一個有能力揮舞大棒驅趕 Wi-Fi 的神秘大將。

總結

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