听起来很炫的光照通信,取代不了5G和WiFi

Wi-Fi我们都知道是什么,那么Li-Fi呢?

虽然这两个名字只有一个字母的区别,但却是两种截然不同的技术。日前,电气和电子工程师协会 (IEEE) 通过 了802.11bb标准,将Li-Fi技术正式规范化,它作为一种基于光的无线通信技术被包含在内。

那么,Li-Fi究竟是什么技术?Li-Fi会取代Wi-Fi吗?未来我们上网、打电话,都可以通过Li-Fi实现吗?

Li-Fi:用可见光而非电磁波通信

Li-Fi并不是一个特别新鲜的概念,早在十几年前,移动通信领域的学者Harald Haas就在一场TED演讲里科普了一把Li-Fi技术,他的演讲标题是“用每一个灯泡传输无线信号”。Li-Fi是英文“Light Fidelity”的缩写,可以翻译成光照上网技术。

我们都知道,现有的Wi-Fi、5G等通信技术,都是基于电磁波实现的。一般来说,全球各个国家和地区都会划分好相应的频谱资源,比如某个区间是给5G用的,另一个是给4G用的,还有的是给Wi-Fi用的。基于电磁波实现的无线通信领域非常多,一个非常直接的结果就是频谱资源变得很紧张。最近的例子就是WiFi 7和5G要在6GHz频段上抢频谱。

而Li-Fi则是另一种思路,我们日常见到的可见光,也能成为数据传输的方式。比如说,一盏亮着的灯,其实可以通过亮灯、关灯这两个状态来代表1和0,从而传输计算机领域的二进制数据。而且,通过特点的芯片控制灯泡,理论上可以做到1秒内开关上百万次,短时间里就能传输大量数据,同时肉眼不会感知到。

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(图源Pixabay)

对于灯光单位时间内的开光次数,还有个我们更熟悉的名词——“频闪”。比如市面上主打护眼功能的学习台灯,通常会以高频闪作为核心卖点。我国对合格灯具产品的要求是3125Hz,即闪动频率为3125次/秒。而手机屏幕方面,当年很多人排斥OLED屏就是因为它的低频闪问题。当然,如今随着技术进步,OLED屏已经能做到1920Hz高频。

Li-Fi有很多优点,首先,它避开了电磁波这条拥挤的赛道,另辟新径,通信资源方面拥有天然的优势。

其次,可见光设备现实中非常普及,比如LED灯设备的数量就远远超过通信基站。理论上说,只要在现有的灯具上安装一块用于调控信号的微型装置,就能让它成为Li-Fi设备,实现成本要低很多。可见光本身自带能源,也不用像基站那样额外供电。

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(图源lifi.co)

另外,随着LED技术的不断进步,Li-Fi在实验室里的传输速率上限也在不断被突破。2015年,央视曾报道称,我国可见光研究中实时通信速率能达到50Gbps。

而且,Li-Fi还有保密性好的优点,比如在封闭空间里,光线一被遮挡就不容易折射出去,传输的内容泄露的风险也就更低了。

Li-Fi的缺点也很致命

开头我们说了,Li-Fi不是一项很新鲜的技术,投入研究的时间并不短,技术优势也不少,但现实中应用的场景并不多,这主要源于Li-Fi有很多较为致命的缺点。

首先,Li-Fi对双向通信的支持并不友好。日常生活中,无论是有线宽带还是4G、5G,都有一个上下行的概念,即下载和上传。在灯泡上装一个信号发射器,可以让让手机接受到光信号。但是,如果手机要传输数据给灯泡这一端要如何实现?手机上装一个灯泡好像不太现实,毕竟你也不想玩手机的时候被一盏灯刺着眼睛。如果像Harald Haas的演讲中演示的那样用红外线实现,那么速率恐怕又会是个问题。

其次,光信号的抗干扰性很差。我们都知道,光线很容易被阻挡,不仅钢筋混凝土的建筑物可以彻底隔绝光线,雾霾雨水这些也能让光线迅速衰减。对比之下,基于电磁波的Wi-Fi、蜂窝网络,穿透性就要好太多了。可能有人会问,光纤不也是通过光信号实现的吗,光纤的传输效率也不低?

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(图源Pixabay)

只是,光纤虽然是通过光信号来传输信号,但它本身是借助光纤这一物理介质实现的,用于传输的光线封闭在光纤内部,通过全内反射来传播,损耗非常小。但光纤本质上还是有线传输,无线传输场景下,低消各类干扰,难度非常大。

因此,尽管Li-Fi有技术上的优势,但这些缺点也相当致命,它们直接限制了Li-Fi在现实场景中的落地。

Li-Fi不是取代者,而是补充者

对于新兴的技术,大家总容易寄托太高的预期,研究者和相关的机构,也乐于鼓吹。但一项技术迟迟未能落地,必然是遇到了现阶段无法克服的难题,商业化道路上有越不过去的坎。Li-Fi是一项非常炫酷的技术,理想条件下能够带来崭新的体验。

只是,目前来看,Li-Fi并不具备取代Wi-Fi等通信技术的可能性。毕竟,基于电磁波的通信技术,经受住了过去几十年的考验,无论是从用户体验还是商业化的角度来说,都非常成功。而Li-Fi虽然在底层技术上看起来很有颠覆性,但抗干扰性差等致命缺点,让它难以真正大规模普及。

当然,虽然短时间里无法像Wi-Fi、蜂窝网络那样遍地开花,但Li-Fi在小范围里还是能找到适用的场景。早在2017年,NBA球队金州勇士比赛的一个场馆里,采用了Li-Fi技术来给球迷上网,球迷们站在球馆顶棚下LED光射下来的地方,就能连上网,这缓解了Wi-Fi和蜂窝网络的拥堵卡顿。有意思的是,现场还配备了发电瓷砖,球迷踩在上面就能发电,发出的电用于照明和Li-Fi上网。

电器大厂飞利浦尝试过在家乐福超市里的LED灯具上布置Li-Fi技术,虽然不能给顾客上网,但却能用于室内定位,它的精准度显然要比GPS高多了。

最近几年的CES等展会上,也能看到厂商展示的Li-Fi台灯、照明面板等产品。说实话,这类设备概念意义更重,毕竟用它们上网目前肯定还没有Wi-Fi方便。但它们的存在,至少说明Li-Fi还是有用武之地的。

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(图源Oledcomm)

小雷认为,未来相当产的一段时间里,Li-Fi主要的应用场景应该是作为已有通信手段的补充技术。另外,对于下一代移动通信技术6G,很多人也认为它将是多种通信技术的综合体,除了电磁波,还包括卫星定位、Li-Fi等。或许进入6G时代后,Li-Fi的技术潜力,会得到更进一步的释放。

(题图来自Pixabay)

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