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可见光通信Li-Fi技术介绍及发展前景

时间:2018-10-23
 

        能够想象的到,无须安装无线基地台,只要利用目前家中电灯泡,并将每一个灯泡当作热点(Hot Spot)就能达到比现今Wi-Fi快100倍的高速无线通信吗?这样的梦想已经实现了,更可以迈入实用化,这样的技术被称为Li-Fi(Light Fidelity)。

        在TEDGlobal中,哈洛哈斯(Harald Haas)首度发表了能够实现这一理想的实物, 借助单一个LED所发出人眼无法察觉的高频闪烁光,可以传送比目前基地台更大的数据量。

        Li-Fi是可视光通讯的一种。相信第一代的公众可视光通讯应该是2700多年前的周朝,在建筑了一座一座的烽火台后,利用烽火通信的方法,向国都发出报警讯息,而天子也利用烽火,召集各路诸侯出兵卫国。时至今日,公众可视光通讯技术已经可以利用一颗小小的电灯泡来完成,和Wi-Fi同样具有高速、双向的网络移动通讯能力,由于光无法穿透墙壁,作为数据传输技术更具安全性,而且成本也比Wi-Fi便宜10倍。因此在传输方面将更为安全、以及具有极低被干扰的能力。如表一,为针对Li-Fi与Wi-Fi的比较。

        设立于爱沙尼亚的Velmenni,已经完成全球第一个验证了,利用电灯泡可将传输数速率提高到1Gb,这样的速度已经是Wi-Fi的100倍,如果下载一部HD影片的话,只需要数秒的时间就可以完成。Velmenni并且推论,根据在研究室中的实验,Li-Fi最快更可以达到224Gb的速度。事实上,这样的速度,经牛津大学研究人员实验室测试,传输速度是可到每秒224 Gb,快到差不多可以一秒下载18部1.5 GB 的电影,透过这样的传输速度与便利性,预计将会把Internet带向另一个革新的境界。

        2013年,中国的复旦大学也实验了借助LED灯光来进行网络的数据传递。复旦大学的研究人员室将网络讯号接入一盏1W的LED灯中,在这个灯光下,成功的使4台计算机可同时上网,并且测得最高速率可达到3.25G,平均上网速率达到150M。

 

        千亿美元市场规模

        据Grand View Research的研究报告中预估,全球可见光通讯∕无线光通讯市场,在2024年预计达到1013亿美元的规模。具有低功耗、与网络安全的特点,将带动先进通讯系统与可见光通讯的发展,预计将在无线通信的领域中占有一席之地。当然,目前这一技术发展目前还在起步中,相信只会针对一些利基型的应用提供服务,但是Grand View Research认为,在持续的研发投入下,将有助于可见光通讯∕无线光通讯扩大市场的规模,并且吸引更多的业者参与此一技术。

        虽然在部分的技术层次Li-Fi具有相当的潜力性,市场也看好着此一发展趋势,不过,由于是采用光线进行通讯,因此Li-Fi也存在着先天的问题点,在普及应用之前,这些问题点还是需要被克服。

        例如,在日光直射的环境下,或者是被强光瞬间或长期照射的环境下,Li-Fi的通讯能力几乎就不存在,这是因为目前所采用的光传感器,没有办法接收到来自光通讯组件所传送出来的讯号。此外,还有空间的环境也会影响Li-Fi的通讯能力,就像经常有家具搬动,以及随时出现影子干扰的起居室,被移动的部分家具互许也会将Li-Fi的讯号遮住,使得通讯出现中断的情况,因此,在Li-Fi的摆设位置上也需要被细心的考虑。

        根据Harald Haas对于Li-Fi的原理说明,当定电流流过LED灯泡后,LED灯泡就可产生可视光的光能源。如果让电流出现强弱变化的话,光的强度也会随之变化。由于LED灯泡是半导体的制品,因此可以利用光传感器来侦测电流和光的变化,所以只要针对电流进行强弱变化,那么就可以达到超高速的调变能力。

        在高速的光调变下,人的眼睛是无法判别或发现的,这就像高频无线通信下,人的眼睛也没有办法看到的意思是一样的。因此,借助这样的原理,数据量就可以利用LED灯泡来进行高速通讯。因此Li-Fi是使用400到 800 THz光源以二进制方式传递数据,在实验环境下最高可达到每秒224 Gb传输量,即使离开实验室到现实工作环境下也能实现每秒1 Gb的高速度。

        而由Harald Haas所创建的PureLiFi也正积极的与Cisco、Lucibel和LiFi Network进行合作,共同开发以Li-Fi为基础的光无线传输产品。到目前为止共发表了三代的Li-Fi系统技术。

        PureLiFi在2014年推出了第一代技术Li-ist,2015年推出了第二代Li-Flame,2016年推出了第三代LiFi-X。LiFi-X APs(接入点)支持PoE(以太网供电)、PLC(电力线通信)以及LED照明产品。2016年12月,PureLiFi已经将数据传输速率从原来的5Mbps提高到10Mbps,进一步提高到40Mbps,使得Li-Fi成为Wi-Fi技术的有效补充。经三代技术发展后,PureLiFi已确立其技术方向,以最新的LiFi-X产品为例,包含全双工(Full-Duplex)的收发传输模式、可支持PoE、PLC等;其中,接入点(AP)发射端对应至LED照明具有安装容易优势,网站(STA)接收端具体积小、直接与NB及个人装置等链接,达商品化应用阶段

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