LIFI 可见光无线通信

LIFI简介 LIFI（Light Fidelity），全称为可见光无线通信，又称光保真技术，是一种利用光源发出的光传输数据的技术。LiFi技术运用无处不在的LED灯，通过在灯泡上植入一个微小的芯片形成类似于WiFi热点的设备，使终端随时能接入网络信号。

LIFI发展史 爱丁堡大学的移动通信系主席哈拉尔德·哈斯由灯泡本身“点亮”了奇思妙想：依赖一盏小小的灯，将看不见的网络信号，变成“看得见”的网络信号。哈斯和他在英国爱丁堡大学的团队最新发明了一种专利技术，利用闪烁的灯光来传输数字信息，这个过程被称为可见光通讯，人们常把它亲切地称为“Lifi”，以示它能给以WiFi为代表的无线网络传输技术可能带来革命性的改变。 

作为无线数据传输的最主要技术，WiFi利用了射频信号。然而，无线电波在整个电磁频谱中仅占很小的一部分。而随着用户对无线互联网需求的增长，可用的射频频谱正越来越少。而对比发现，可见光的带宽是通信电磁波带宽的10000倍。

德国物理学家哈拉尔德·哈斯在他的TED演讲中提到，当前的无线电信号传输设备存在很多局限性，它们稀有、昂贵、但效率不高，比如手机，全球数百万个基站帮助其增强信号，但大部分能量却消耗在冷却上，效率只有5%。相比之下，全世界使用的灯泡却取之不尽，尤其在国内LED正在大规模取代传统白炽灯。只要在任何不起眼的LED灯泡中增加一个微芯片，便可让灯泡变成无线网发射器。 2013年，复旦大学信息学院传出好消息，一种利用屋内可见光传输网络信号的国际前沿通讯技术在实验室成功实现。研究人员将网络信号接入一盏1W的LED灯珠，灯光下的4台电脑即可上网，最高速率可达3.25G，平均上网速率达到150M，堪称世界最快的“灯光上网” 。

LIFI通信原理 和WIFI一样，两者都是通过电磁波进行信号传递。但是WIFI技术有规定频段的波段使用，802.11B/G使用的是2.4G赫兹的频段，802.11A使用的是5G赫兹的频段，通过AP（无线访问接入点）发射的信号将移动设备与以太网连接起来。而LIFI使用的是LED发射的可见光。 我们要传输的信息在数字系统里最终都是抽象成为二进制数据的，就是人们常说的0和1，在任何数字系统中，只需要很简单的两种逻辑状态就可以表征这两种数据。WIFI的电磁波通过调制信号的高低电平来实现，而LIFI通过LED光源的快速开、关切换，或者强、弱切换，实现对信息的二进制编码和发送。由于这种切换非常快速，肉眼是基本感知不到的。在移动设备上加入一个光敏线路板接受这种信号，即可完成连接以太网。

LIFI的优点 1.建设便利，有LED的地方只要植入类似AP芯片，都可以实现上网。 2.高宽带，高速率。已知可见光频谱带宽是无线电波带宽的10000倍。 3.低能耗。一般的无线电波传输成本太高，耗损能量大，且效率低。LED随处可见。 4.安全。无线电波可以穿透物体进行传播，可能被截取而泄露信息。而可见光可以沿人们设定的轨道传播，并且不会穿透墙壁，防止了无意间导致的信息泄露。 5.兼照明和发射信号于一体。 6.在手术室、飞机等禁止无线电波传输的地方，光可以有效的替代进行信息传递。

LIFI的缺点 1. 无穿透能力。任何可见光都是无法穿透不透明物体的，这就意味着如果你从客厅走到卧室，或者你把手机揣回裤兜里之后，你的lifi就中断了。 2.传输距离近。普通的WiFi在无障碍物的场景下可以覆盖100米以上，WiMAX可达数公里，可见光明显是无法进行远距离传输的方案。 3.室外无法使用。尤其是在光线很强的地方，比如阳光下，肯定会对lifi光源造成严重干扰。 4.抗干扰能力差。在室内如何部署多个lifi源而不互相干扰？这是一个问题。WiFi通过1/6/11三个信道解决了互相干扰问题，目前的双频WiFi也有解决信道干扰的作用，而可见光的抗干扰我觉得很有难度。

LIFI未来展望 这是一个还在开发尚未成熟的技术。但我个人认为无线光通信会有广阔的应用场景。简而言之，它应该在个人定制化的场景中有非常好的前景。 虽然无线光通信的确很大的使用限制，比如无法穿透、抗干扰力差等缺点，但在特定场合，其优势也非常明显。在短视距通信的空间中，无线光通信有大容量、高速、无辐射等诸多优势。想想我们的wifi，蓝牙等，在个人使用场景中（家用），你希望它穿透到隔壁邻居分享自己的带宽吗？即使是使用了不同的Wi-Fi，你和邻居也有可能因为选用相同的信道而导致网速非常慢。想想看，在客厅，光路的大容量传输，实时观看高清这种需求完全能轻松满足。再结合以后必将广泛应用的物联网，智能家电等等，无线光传输一定会有很广阔的发展空间。

相关问题

Lifi会不会像WiFi一样成为一种革命性的技术？ 不会。个人认为，一种革命性的技术将能够取代我们现有的技术、并将能够在技术上提升一个数量级以上，这样才具有革命性的意义。而lifi的发明者哈斯教授在回答“要是lifi的光线被遮挡的时候通信中断怎么办？”这一问题时候，提出的方案是：这种情况下让无线设备自动切换到WiFi或者3G网络上。这说明lifi只可能是现有无线通信技术的一个补充，尤其在室外这种可见光干扰强烈的地方，lifi技术基本废了。

虽说可见光无法穿墙相对安全，但是怎么对信号进行加密？WiFi设个密码可以阻止访问信道，可见光怎么办？ 可行性上来讲，LIFI不像WIFI那样存在信息通道一说，我们很难对光的强弱进行加密。WIFI的信道是根据不同的频率划分出来的，但是LIFI对于可见光的颜色没有区分，只响应光强。个人设想：1.类似WIFI的做法对不同颜色的光进行区分，从而划分类似WIFI中的信道进行加密。但是由于可见光带宽太大，这种做法很困难。2.加密不是让接收器接收不到信号，而是让接收到的信号没有意义。所以，Wifi的加密并不是让接收器接收不到无线信号，而是使之无法解读。同理，我们可以在LED灯的AP设备中编入一种软件，使信号在传输之前先进行加密处理，然后电脑的光敏线路板再编写一个软件让信号进行还原。

LIFI通过从LED灯泡发射信号、电脑的光敏线路板来接收信号。那么如何进行信号的反向传递？ 理论上来说，进行反向传递需要电脑端存在一个LED发射器，而LED上也存在一个光敏线路板，但这很显然不可能，当然也可以用WIFI的技术进行反向信号传递。目前没有很好的解决办法，也就是说，现在的LIFI只能下载，不能上传。

总结 LIFI配合物联网和智能家电，兼其无穿透性，可在居家或者军工机密领域有很好的发展。但是其依托在WIFI技术之上，只能对现有的无线网络技术进行互补，不可能取代。在将来的LIFI技术革新中，没准可以克服之前提到的种种问题，但这还有很长一段路要走。

参考视频：选自TED演讲 《用每一个灯泡传输无线信号》 ——哈拉尔德·哈斯

谢谢！