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圖一 : 藉由 Li-Fi 新穎的技術(shù)途徑，這種技術(shù)可能會(huì)在以前難以實(shí)現(xiàn)高速通訊的環(huán)境中找到更多應(yīng)用案例。（source：Mouser）

無(wú)線電頻譜是一種寶貴資源，很快就會(huì)被占滿。城市地區(qū)的 Wi-Fi 使用者不久就會(huì)意識(shí)到來(lái)自附近分享器（router）的干擾會(huì)如何影響他們自己網(wǎng)路設(shè)備的通訊性能，對(duì)此問(wèn)題的首批回應(yīng)之一是簡(jiǎn)單地添加更多頻段。以 Wi-Fi 為例，最初的 2.4GHz 頻段仍然需要與許多其他協(xié)定（包括藍(lán)牙）共用，除此之外，還增加了對(duì)5GHz頻段的支援。然而，Wi-Fi 可以擴(kuò)展的頻段數(shù)量受到嚴(yán)重限制，因?yàn)橛刑嗥渌麘?yīng)用需要瀏覽它們自己的RF頻譜。

隨著時(shí)間推移，更進(jìn)階的 Wi-Fi 設(shè)備開(kāi)發(fā)人員透過(guò)採(cǎi)用各種技術(shù)，將更多資料導(dǎo)入核心頻譜來(lái)抵消頻率限制問(wèn)題。這些包括從每個(gè)無(wú)線電傳輸多個(gè)資料訊號(hào)的進(jìn)階調(diào)變方案到能夠?qū)鬏斠龑?dǎo)到各個(gè)接收器的天線分集增強(qiáng)技術(shù)。其他提議包括將 Wi-Fi 推向10GHz以上的頻率範(fàn)圍，這可以提供更高通道頻寬和更高資料速率。但是，為什麼不進(jìn)一步提高電磁波譜頻率，並使用紅外光或可見(jiàn)光呢？

可見(jiàn)光通訊已經(jīng)被部署用於點(diǎn)對(duì)點(diǎn)回程應(yīng)用，適合於在部署電纜不切實(shí)際的較深峽谷等場(chǎng)所，能夠?qū)崿F(xiàn)超過(guò)100MBITS/S的資料速率，基於可見(jiàn)光的資料傳輸也正在研究用於改進(jìn)大氣層之上和水下系統(tǒng)的連通能力。

RF在水中散射很快，難以在採(cǎi)用極低頻載波訊號(hào)之上建立可靠的通訊，且具有非常低的資料速率。根據(jù)最新的研究，儘管水也能夠強(qiáng)烈吸收可見(jiàn)光頻率的紅色端，但藍(lán)綠色雷射器可以在數(shù)十米距離實(shí)現(xiàn)高達(dá)100 MBITS/S的資料速率。針對(duì)更遠(yuǎn)距離的應(yīng)用，NASA已經(jīng)開(kāi)始使用調(diào)變紅外鐳射試驗(yàn)地對(duì)空通訊。622MBITS/S通道透過(guò)在不同軌道衛(wèi)星通訊地面站之間切換來(lái)避免由雲(yún)引起的衰減。

圖二 : Li-Fi技術(shù)的開(kāi)發(fā)是利用了標(biāo)準(zhǔn)燈具中的LED技術(shù)。（source：installation-international.com）

Li-Fi版本的可見(jiàn)光通訊針對(duì)更多的實(shí)際應(yīng)用。儘管經(jīng)過(guò)了一些調(diào)整，這項(xiàng)技術(shù)的開(kāi)發(fā)是利用了標(biāo)準(zhǔn)燈具中的LED技術(shù)。許多商業(yè)LED燈具使用高亮度元件，在光譜的藍(lán)色端產(chǎn)生可見(jiàn)光。黃色磷光體塗層將光的整體顏色變?yōu)榘咨?，磷光體的作用減小了對(duì)光源施加的任何幅度調(diào)變之影響，將其頻寬限制在2MHz左右。

但是，如果接收器濾除黃色分量，原則上可以實(shí)現(xiàn)高達(dá)1GBITS/S的資料速率。使接收器回應(yīng)具有可調(diào)色能力燈具的不同元件（通常使用紅色、綠色和藍(lán)色LED的組合），可以將資料速率提高至5GBITS/S或更高。由Harald Haas教授（創(chuàng)建了Li-Fi一詞）領(lǐng)導(dǎo)的愛(ài)丁堡大學(xué)團(tuán)隊(duì)實(shí)驗(yàn)表明，在燈具上添加鐳射二極體並使它們平行傳輸可以實(shí)現(xiàn)超過(guò)100GBITS/S的傳輸速率。

Li-Fi與在無(wú)線電頻譜10GHz以上部分運(yùn)作的Wi-Fi版本有一些共同的應(yīng)用屬性。隨著載波訊號(hào)的頻率增大，RF通訊變得更具方向性。儘管使用10GHz以上通道之協(xié)定（例如5G蜂巢技術(shù)）將利用反射來(lái)改善接收性能，但通訊通道將主要仰仗於視距傳輸。

由於Li-Fi具有更大的方向性，它允許構(gòu)建「attocell」，例如，在筒燈下運(yùn)作的單個(gè)使用者具有自己的頻寬。然而，Li-Fi並不僅僅是一種視覺(jué)（light-of-sight）技術(shù)，它採(cǎi)用了一些反射能力，從而避免了嚴(yán)格保持視線（line-of-sight）傳輸路徑的需要。這主要是透過(guò)使用正交頻分複用（OFDM）的編碼系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，該編碼系統(tǒng)比早期Li-Fi實(shí)驗(yàn)中採(cǎi)用的簡(jiǎn)單二進(jìn)位碼更為複雜。

Li-Fi 的方向性在實(shí)現(xiàn)安全性方面具有潛在的優(yōu)勢(shì)。訊號(hào)除了要限制在發(fā)射器下方的光錐內(nèi)，根本不會(huì)穿透實(shí)心牆。一些人提議的 60GHz Wi-Fi 傳輸方案，例如IEEE 802.11ax，可以利用技術(shù)可以透過(guò)牆發(fā)送訊號(hào)，該標(biāo)準(zhǔn)的工作組認(rèn)為這對(duì)於家庭的整體採(cǎi)用非常重要。在使用Li-Fi技術(shù)進(jìn)行通訊時(shí)，任何想要攔截訊號(hào)的駭客都需要靠近發(fā)射器和合法接收器，僅這一因素就顯然增大了其被發(fā)現(xiàn)的機(jī)會(huì)。

圖三 : Li-Fi的檯燈可在使用者的電腦和核心網(wǎng)路之間提供安全的無(wú)線連接。（source：nextLiFi）

IEEE 802.11bb工作組提出的應(yīng)用案例是支援Li-Fi的檯燈，它可在使用者的電腦和核心網(wǎng)路之間提供安全的無(wú)線連接。從設(shè)備到燈具的上行鏈路通道採(cǎi)用在紅外區(qū)域中工作的較小發(fā)射器，這可以避免對(duì)下游訊號(hào)的干擾，並且還具有不會(huì)分散設(shè)備使用者注意力的好處。在這項(xiàng)技術(shù)發(fā)展的早期階段，人們?cè)鴵?dān)心使用者是否會(huì)注意到採(cǎi)用Li-Fi發(fā)射器的閃爍。調(diào)變速度如此之高，除了整體光輸出的顏色平衡發(fā)生可能偏移之外，效果並不明顯。然而，這是燈具設(shè)計(jì)師可以補(bǔ)償?shù)囊蛩亍?/span>

在把Li-Fi技術(shù)部署在天花板燈上時(shí)，一個(gè)潛在缺點(diǎn)是同頻（co-channel）干擾，在這裡光錐交匯，因此接收器不會(huì)從任何一個(gè)發(fā)射器獲得清晰的訊號(hào)?；禣FDM的編碼方案除了能使光線從牆壁和其他妨礙通訊的物體反射之外，還有助於克服該問(wèn)題。IEEE 802.11bb 工作組提出了一種協(xié)定，至少能夠提供10Mbits / s 的資料速率，並可上升到5Gbits/s 的峰值，這比廣泛採(cǎi)用的基於5GHz 載波的IEEE 802.11n Wi-Fi 快十倍。更近期和目前更昂貴的IEEE 802.11ac版Wi-Fi 縮小了這一差距，它可以提供1.73Gbits/s 的速度。

Wi-Fi有望與Li-Fi的峰值資料速率相匹敵，此競(jìng)爭(zhēng)來(lái)源於採(cǎi)用大約60GHz載波頻率的IEEE 802.11ax和802.11ay版本W(wǎng)i-Fi。這些標(biāo)準(zhǔn)改善了首次嘗試構(gòu)建60GHz Wi-Fi（IEEE 802.11ad）所遭受的距離較短之問(wèn)題，一些測(cè)試表明IEEE 802.11ay的最大距離已經(jīng)可達(dá)300米，使其適用于辦公網(wǎng)路。但是，它的使用模式與Li-Fi不同。一個(gè)關(guān)鍵的區(qū)別是，IEEE 802.11ax是由單個(gè)分享器將為多個(gè)使用者提供服務(wù)，而 Li-Fi 宣導(dǎo)者希望充分利用 attocell 概念，其中回程網(wǎng)路能夠?yàn)橥环块g內(nèi)的多個(gè)使用者提供 Gbit/s 級(jí)速率服務(wù)。

IEEE 802.11ay與大多數(shù)其他協(xié)定之間的另一個(gè)區(qū)別是它可以執(zhí)行用於補(bǔ)償障礙物的演算法，並提供相應(yīng)的附加服務(wù)。分享器可以映射房間，檢測(cè)人員之存在，甚至可以確定手勢(shì)。在 Li-Fi 環(huán)境中，這些功能更有可能在另外的相機(jī)幫助下實(shí)現(xiàn)。

圖四 : 在飛機(jī)中，透過(guò)採(cǎi)用合適的支援 Li-Fi 技術(shù)的LED替換每個(gè)座位上的傳統(tǒng)燈光，Li-Fi 可以為每個(gè)人提供高資料速率。（source：Airline Passenger Experience Association）

雖然 Li-Fi 需要在傳統(tǒng)的家庭和辦公室部署中與新型的 Wi-Fi 技術(shù)一決高下，但在某些環(huán)境中，基於光的通訊具有一些明顯的優(yōu)勢(shì)。例如，在飛機(jī)中，用於向乘客提供多媒體服務(wù)的電纜重量是構(gòu)建更省油飛機(jī)的主要障礙。透過(guò)採(cǎi)用合適的支援 Li-Fi 技術(shù)的LED替換每個(gè)座位上的傳統(tǒng)燈光，Li-Fi 可以為每個(gè)人提供高資料速率。而對(duì)於其中包含RF干擾的通訊，例如醫(yī)院的手術(shù)室，Li-Fi 技術(shù)能夠提供更高頻寬。對(duì)於工業(yè)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，Li-Fi 可能是一種更安全的技術(shù)，特別是針對(duì)那些具備高爆炸風(fēng)險(xiǎn)的系統(tǒng)。例如，處理精細(xì)粉末和揮發(fā)性化學(xué)品的工廠不能容易地採(cǎi)用高頻RF通訊，而且電氣資料電纜也需要嚴(yán)格的保護(hù)措施。

藉由 Li-Fi 新穎的技術(shù)途徑，這種技術(shù)可能會(huì)在以前難以實(shí)現(xiàn)高速通訊的環(huán)境中找到更多應(yīng)用案例。但是，對(duì)於大多數(shù)資料容量和便利性是最大考量因素的情況，Li-Fi 和Wi-Fi之間的選擇可能會(huì)歸結(jié)為具體應(yīng)用之特定要求。

（本文作者 Mark Patrick 任職於貿(mào)澤電子）