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深度解读:Li-Fi 技术面面观


作者:John 来源:IntelligentThings 2016-12-21 14:17:29
摘要:也许你只听过Wi-Fi,却未曾听过Li-Fi。所以,本文旨在带大家走近 Li-Fi 技术这一创新智慧,从多个方面包括原理、发明者、发展历程、特点和优势、应用前景、商用和测试等等,进行观察和剖析,让大家全方位地理解 Li-Fi 技术。
关键词:LiFi技术

  也许你只听过Wi-Fi,却未曾听过Li-Fi。所以,本文旨在带大家走近 Li-Fi 技术这一创新智慧,从多个方面包括原理、发明者、发展历程、特点和优势、应用前景、商用和测试等等,进行观察和剖析,让大家全方位地理解 Li-Fi 技术。

  Li-Fi 是什么?

  Li-Fi,是英文 Light Fidelity 的缩写,类似于Wi-Fi 。Li-Fi 使用电磁波谱的可见光部分,进行信息传输。它是一种双向、高速、完全网络化的无线通信技术,同时它也是一种可见光通信的形式,属于无线光通信的一部分。无线光通信包括红外和紫外通信,也包括可见光通信。然而,Li-FI是一种独特的形式,因为它既可以用于照明,也可以同时用于通信。

 

  (图片来源于:pureLiFi)

  Li-Fi 技术,通过对于光线强度的调制(例如LED灯发出闪烁的光线)来传输数据。这种光的闪烁频率极高,肉眼是无法察觉的。只有光敏探测器才能检测到这种光线变化,然后将其转化成电信号的形式。

  Li-Fi 工作原理是怎样的?

  当LED灯泡上有恒定的电流通过时,灯泡就会激发出连续的光子流,然后我们就会观察到可见光。如果电流缓慢变化,输出的光线就会忽明忽暗。

  因为LED灯泡是半导体设备,电流以及输出的光线,可以通过极高速的方式进行调制。然后,光电探测器会检测到这种信号,转化为电流的形式。这种光电调制是人眼无法察觉到的。

  如下图所示:LED灯具利用信号处理技术,将数据嵌入到光束中,并且以超高的速度发给光电探测器,然后这种微小的光线变化会被转化为电信号,再转回数据流的形式,发送给计算机或者移动设备。  

  (图片来源于:pureLiFi)

  无线射频通信需要射频电路、天线和复杂的接收器。然而 Li-Fi 要简单的多,它使用的直接调制方法,和低成本红外通信设备使用的方法类似。红外通信,为了不损伤眼睛,所以功率受限。然而,LED灯泡可以具有高亮度,能够达到很高的数据传输率。

  Li-Fi 有哪些特点和优势?

  作为一个无线通信系统来说,Li-Fi 的特点和优势包括:容量、效率、安全性等。这些包括和 Wi-Fi 对比优势,但是从本质上来说,两种技术是可以互补的。

  容量

  带宽:可见光频谱资源十分丰富,目前无需授权,可直接使用。

  数据密度: Li-Fi 具有1000倍于Wi-Fi的数据密度,因为可见光可紧密低包含于照明区域中,而射频通信往往会发生分散,造成干扰。

  高速度:因为低干扰,高设备带宽和高强度光学输出,所以数据率十分高。

  规划:规划很简单,因为在人们进行通信的地方往往有照明设施,而且信号强度较好。

  效率

  低成本:相对于射频通信,需要的元件更少。

  能量:LED照明本身就是节能的,数据传输只需要微不足道的额外功率。

  环境:射频在水下十分难以传输,但是Li-Fi可以在水中很好传输。

  安全

  健康:地球上的生命已经适应暴露在可见光中,所以该技术没有健康方面的忧虑。

  无害:可见光通信,可以避免在某些特定条件下干扰电子电路。

  保密性

  密闭:Li-Fi 信号很难被窃听,因为信号局限于照明区域,无法穿墙。

  控制:数据是直接从一个设备传输到另外一个,用户可以了解数据的去向,没有必要附加安全措施,例如像蓝牙那样进行配对。

  Li-Fi 可以有哪些应用?

  LED(发光二极管)在在照明方面的使用量急剧增长,为Li-Fi 技术的应用带来了前所未有的机遇。

  Li-Fi 特别适用于很多流行的网络“内容消费”应用,例如影音下载、直播等等。这些应用对于下行带宽的要求很高,但对于上行带宽要求很小。Li-Fi 可以使得大部分网络流量,从现有无线射频网络中分流出来,从而也拓展了蜂窝网和Wi-Fi 的容量。以下列举 Li-Fi 的一些相关应用:

  RF 频谱救助:

  蜂窝网络的一部分流量可以分流入Li-Fi 网络,对于下行链路特别有效,这也往往是瓶颈发生的地方。

  智能照明:

  任何私有或者共有的照明设备包括街灯,都可以用于提供Li-Fi 热点,同样的通信和传感器设施,也可以用于监视和控制照明和数据。

  移动连接性:

  笔记本、智能手机、平板电脑和其他移动设备,可以直接使用Li-Fi 互联。短程连接具有很高的数据率和安全性。

  危险环境:

  相对于来自危险环境(例如矿山和石油化工厂)的无线电电磁干扰,Li-Fi 是一个安全的选择。

  医院和医疗保健:

  Li-Fi 不产生电磁干扰,所以也不会干扰医疗设备,或者被核磁共振扫描仪干扰。

  航空:

  因为飞机上已经部署有LED设备,所以 Li-Fi 可以减少重量和布线,增加航空客舱座位布局的灵活性,也可以让乘客的移动设备和机上娱乐(IFE)系统相互连接。

  水下通信:

  因为水可以吸收射频信号,所以水下无法使用无线电通信。而声波的带宽极低,容易干扰海洋生物。Li-Fi 是短距离水下通信的一个良好解决方案。

  车辆和交通:

  头灯和尾灯、街灯都是LED的,包括交通标志也在向LED灯转变。所以,Li-Fi,有望用于车车通信、车和道路之间通信、道路安全和交通管理。

  回避射频:

  一些人对于射频过敏,Li-Fi 是一个很好的替代解决方案。

  地理位置服务(LBS):

  高精度地理位置信息服务,例如广告和导航,让接收者可以及时收到和地理位置相关的信息。

  玩具:

  许多玩具具有LED灯,它们可以用于互动玩具之间极端低成本的通信。

  Li-Fi 之父和Li-Fi 的成长历程

  Li-Fi 这个概念,最初是由英国爱丁堡大学电子通信学院移动通信系主席、德国物理学家 HaraldHass(哈拉尔德·哈斯)教授发明。 

  (图片来源于:pureLiFi)

  哈拉尔德·哈斯教授于2011年,在一次TED演讲中,首次将这种可见光通信技术称为“Li-Fi”,从此Li-Fi 技术开始进入公众和媒体视线。哈拉尔德·哈斯教授当之无愧地成为“Li-Fi”之父。

  (图片来源于:pureLiFi)

  2012年,他成立了“pureLiFi”公司,一家处于Li-Fi 技术商业化前沿的公司。

  2013年,哈拉尔德·哈斯 教授 于在爱丁堡大学建立建立了世界上首个关于Li-Fi 研发的中心。

  2016年,“pureLiFi”公司发明了世界上第一个Li-Fi 加密狗 LiFi-X,并集成到Li-Fi 灯具中。

  上个月,哈拉尔德·哈斯 教授于今年11月在北京获得了国际半导体照明联盟(ISA)颁发的杰出贡献奖。

  Li-Fi 商用产品和测试情况

  最近,技术研发公司pureLiFi,已被新加坡媒体资讯通信发展管理局(IMDA)批准在新加坡展开Li-Fi测试。目前为止, pureLiFi已经公布了三个版本的Li-Fi系统,包括由全球首个Li-Fi加密狗组成的LiFi-X,以及与法国照明制造商Lucibel 合作开发的LiFi 集成照明设备。

  随着物联网的发展,联网的设备将在2020年左右超过500亿个,无线频谱资源匮乏引发的带宽危机,已经越来越严重。另外,每年世界所需要使用的无线数据量也在不断增加。所以,Li-Fi 为解决这些挑战提供了一条新思路和方案。Li-Fi 在新加坡的测试,也将有助于提高新加坡在未来5G和物联网领域的国际竞争力。

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