開燈就能上網(wǎng)神奇的可見光通信技術(shù)

● 文/陳春全

無線通信技術(shù)（Wi-Fi）已經(jīng)深入我們生活的方方面面，幾乎所有的智能手機(jī)、筆記本電腦、平板電腦都支持Wi-Fi 上網(wǎng)。Wi-Fi 是通過無線電波來傳遞信息的，只要在無線路由器的電波覆蓋的有效范圍內(nèi)，都可以使用。但是，Wi-Fi的安全性和私密性都存在瑕疵，尤其是家庭使用的Wi-Fi，很容易受到黑客的攻擊。同時(shí)，如果一個(gè)無線路由器或是熱點(diǎn)聯(lián)網(wǎng)的用戶過多，也會(huì)出現(xiàn)網(wǎng)速變慢的問題。于是，科學(xué)家研發(fā)出了一種可見光無線通信技術(shù)（Li-Fi）。

可見光的信息傳遞

可見光無線通信，也稱為光保真技術(shù)，是一種利用燈泡發(fā)出的光傳輸數(shù)據(jù)的技術(shù)。這種技術(shù)的原理其實(shí)十分簡(jiǎn)單。眾所周知，“0”和“1”是數(shù)字傳輸中最基本的信號(hào)，因此我們把開燈狀態(tài)設(shè)置為“1”，關(guān)燈狀態(tài)設(shè)置為“0”，然后通過不斷地開燈、關(guān)燈，便可實(shí)現(xiàn)燈光快速傳輸信息數(shù)據(jù)。

那么，問題來了，不停地開關(guān)燈，不要說是控制開關(guān)的人了，就是燈泡，它也受不了呀！這該怎么辦呢？

當(dāng)然啦，要實(shí)現(xiàn)可見光無線通信，我們就得使用一種發(fā)光二極管，也就是我們常說的LED。它由含鎵、砷、磷、氮等的化合物制成，通過電子與空穴復(fù)合釋放能量來發(fā)光，響應(yīng)時(shí)間是納秒級(jí)，而且還能承受高頻率的反復(fù)開關(guān)。實(shí)驗(yàn)室的數(shù)據(jù)顯示，LED 燈泡在傳輸信息數(shù)據(jù)時(shí)，閃爍頻率可高達(dá)每秒數(shù)百萬次。

僅有LED 燈還是完全不夠的，還需要將一個(gè)微小的芯片植入LED 燈泡里，讓它成為一個(gè)類似Wi-Fi 熱點(diǎn)的設(shè)備，以方便手機(jī)、平板電腦等終端設(shè)備與之連接。

然而，我們利用LED 燈泡發(fā)出的光脈沖作為傳輸信息的載體，雖然只要有光照射到的地方都可以實(shí)現(xiàn)無線上網(wǎng)，但是在不需要照明的情況下，會(huì)不會(huì)造成資源的浪費(fèi)呢？

這個(gè)問題你也大可放心，我們只要在不需要照明的情況下將LED 燈的光亮度設(shè)定在人眼無法識(shí)別的程度即可。而這個(gè)時(shí)候，信息數(shù)據(jù)的傳輸仍然不會(huì)受到任何影響。

可見光的通信網(wǎng)絡(luò)

可見光無線通信的前景十分廣闊。首先，可見光頻譜的寬度是射頻頻譜的1 萬倍；其次，全球目前大約有140 億盞電燈泡在使用，可見光無線通信技術(shù)一旦投入使用，理論上來說，每一盞燈都可以成為互聯(lián)網(wǎng)的接入點(diǎn)。因此，可以說，到時(shí)候，只要有燈光的地方，就會(huì)有無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋。

目前已經(jīng)研究成功的可見光無線通信技術(shù)，一般使用的是頻率在400～750THz（太赫茲）之間的可見光作為通信媒介，完成信息傳送。那么，這就意味著移動(dòng)終端設(shè)備不但需要安裝光敏接收器才能接收到LED 燈通過快速閃爍傳遞的二進(jìn)制編碼，而且還需要一張計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別和理解的字母表。我們可以簡(jiǎn)單地將其看成用火把來發(fā)送莫爾斯電碼，所以對(duì)于接收信息的終端設(shè)備來說，還需要安裝一些新的光識(shí)別設(shè)備。

同時(shí)，研究發(fā)現(xiàn)，在可見光無線通信過程中確實(shí)存在著通信盲區(qū)。簡(jiǎn)單地說，就是你的手機(jī)從一個(gè)LED 光源接入互聯(lián)網(wǎng)到從另外一個(gè)LED 光源接入互聯(lián)網(wǎng)時(shí)，很可能出現(xiàn)手機(jī)掉網(wǎng)的情況。

那么，這有沒有什么解決辦法呢？

當(dāng)然有啦！早在2013年，我國(guó)企業(yè)便申請(qǐng)了“一種可見光無線通信設(shè)備及終端設(shè)備在接入點(diǎn)的切換方法”的發(fā)明專利。簡(jiǎn)單地說，就是通過技術(shù)手段使得我們的通信終端如手機(jī)等，能夠通過識(shí)別碼區(qū)分不同接入點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度及其他接入信息，然后通過計(jì)算，讓通信終端自主選擇信號(hào)更好的接入點(diǎn)來連接互聯(lián)網(wǎng)。

優(yōu)勢(shì)多，潛力大

由于可見光無線通信技術(shù)利用的是無處不在的燈光，因此幾乎在不需要大量資金投入新的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的情況下，便可實(shí)施可見光無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋。

另外，傳統(tǒng)射頻信號(hào)的發(fā)射不但需要能量密集的設(shè)備，并且隨著無線互聯(lián)網(wǎng)用戶的不斷增多，可用的射頻頻譜越來越少。比如說，你在節(jié)假日到人山人海的景區(qū)或生意興隆的餐廳時(shí)就會(huì)發(fā)現(xiàn)，如果使用Wi-Fi 或4G 網(wǎng)絡(luò)，那很可能就是一場(chǎng)龜速上網(wǎng)的悲慘經(jīng)歷。

而且，可見光無線通信技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)連接私密性極好，只要拉上窗簾，隔斷光傳播的途徑，即便是再厲害的黑客，也只能望洋興嘆。

同時(shí)，在水下等無線電波無法傳播的地方，可見光無線通信技術(shù)的優(yōu)勢(shì)就更為明顯了。目前，可見光無線通信技術(shù)已經(jīng)在一些飛機(jī)上實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用，在不影響飛機(jī)設(shè)備的電磁波頻率的前提下，可以讓乘客的手機(jī)或筆記本實(shí)現(xiàn)上網(wǎng)。

科學(xué)家認(rèn)為，至少目前我們還不能完全依靠可見光無線通信技術(shù)來實(shí)現(xiàn)無線聯(lián)網(wǎng)。也就是說，無線通信技術(shù)（Wi-Fi）和可見光無線通信技術(shù)（Li-Fi）相互配合、互為補(bǔ)充才是理想模式。當(dāng)可見光信號(hào)被阻斷的時(shí)候，你的通信終端設(shè)備能夠快速轉(zhuǎn)接到無線通信信號(hào)，接入互聯(lián)網(wǎng)。

每一種新技術(shù)都必然經(jīng)歷從發(fā)明到使用并在使用中逐步成熟的過程。相信在不久的將來，可見光無線通信技術(shù)肯定會(huì)將無線數(shù)據(jù)傳輸變得更加方便、安全和高效。