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Li-Fi技術讓LED燈泡變成無線網絡發射器

放大字體  縮小字體 發布日期:2014-01-22 來源:中國半導體照明網瀏覽次數:21

  Li-Fi是一種全新的無線數據傳輸技術,是Light Fidelity的縮寫,由德國物理學家哈拉爾德·哈斯(Herald Haas)所研發。它通過改變房間照明光線的閃爍頻率進行數據傳輸,每秒傳輸的數據超過10Mb,與典型的寬帶連接不相上下。也即是說用戶打開房間電燈的同時,也接入了互聯網。利用空間廣泛:醫院、機場、軍隊甚至是水下。

  原理

  一直以來,在一個人的頭頂上畫一個點亮的燈泡被用來象征一個發明家的靈光乍現, 但是,德國物理學家哈斯(Haas)被燈泡本身引導出了奇思妙想。哈斯和他在英國愛丁堡大學的團隊發明了一種新的專利技術,利用閃爍的燈光來傳輸數字信息,這個過程被稱為可見光通訊(VLC)。人們常把這個技術親切地稱為“Li-Fi”,以示它給以Wifi為代表的無線網絡傳輸技術可能帶來革命性的改變。

  Li-fi基本原理是利用光的明暗來編碼信息。光源采用一種新時代的高亮度發光二極管(LED),LED亮了,就表示1,滅了就表示0。哈斯聲稱通過在任何不起眼的LED燈泡中增加一個微芯片,可以控制它每秒數百萬次閃爍,由于頻率太快,人眼根本不會察覺到,但是光敏傳感器可以接收到這些變化。就這樣,二進制的數據就被快速地編碼成燈光信號并進行了有效的傳輸。哈斯解釋說:這就像是一個用火炬發送的莫爾斯碼,但卻是用更快的速度和計算機能夠理解的數據字母。

  這種技術意味著,只要你有一個燈泡——全球有估計140億個——你就可以接入無線網絡。在實際中,這代表著任何路燈也是可以作為一個網絡基站的。但是VLC或Li-Fi不僅僅只是提高互聯網的可訪問性。

  研發

  無線電波數據傳輸方式效率不高,借助于手機,當前采取的無線數據傳輸方式是效率低下的電磁波,尤其是無線電波。無線電波存在很多局限性,它們較為稀有、成本昂貴并且只有確定的波段。這些局限性使其無法跟上無線數據的步伐,讓效率成為一種不可能。光是電磁波頻譜的一部分,將其用于無線通訊應該是一個很棒的做法。

  可見光譜的空間是無線電波的1萬倍,使其成為可使用的最理想的波段。在一次演講中,哈斯展示了一盞使用LED燈的桌燈,能夠向桌子下面的接收器傳輸數據。只要將手放入光束中,視頻信號便會傳輸給身后的屏幕,一旦阻隔信號,便會停止播放。

  優點

  無線電信號傳輸設備存在很多局限性,它們稀有、昂貴,但是效率不高,比如手機,有140萬個基站負責增強信號,但大部分能量都用在冷卻上,效率只有5%。相比之下,全世界使用的燈泡卻有400億個,因此擁有更高的效率。只要將傳統白熾燈換成LED燈,便可讓燈泡變成無線網絡發射器。

  另一方面,無線電本身只有確定的波段,而且只占電磁頻譜的一小部分。對于Wi-Fi來說,將來隨著無線連接端口的需求增加,可用的帶寬將會越來越少。這問題在有無線接入的咖啡館是很明顯的——坐著眼睜睜看著越來越多的人將他們的設備連接到網絡上,你的網頁瀏覽速度形同蝸牛。對于手機網絡也面臨同樣的困境,3G移動網絡依賴于日益擁擠的約140萬蜂窩無線電桅桿系統,同時,我們通過移動設備發送的字節數每年是翻一倍的——網絡設備巨頭思科系統公司的一份報告中說道。

  針對這些問題,Li-Fi技術是一個有效的解決方案。可見光譜比無線電頻譜大10000倍,另外可見光光譜是未使用的,它不受監管,這意味著更大的帶寬和更高的速度——使用LI-FI的傳輸速率可以高達1Gbps——大大減少了下載高清電影的時間。另外,不像無線電需要大型密集型能源陣列——VLC幾乎不需要任何新的基礎設施。

  另外,Haas指出,Li-Fi技術帶來了極高的安全性,因為可見光只能沿直線傳播,因此只有處在光線傳播直線上的人才有可能截獲信息。

  缺點

  不過這一技術也有著自身的局限。雅典Harokopio大學信息學講師Thomas Kamalakis推薦了Haas的技術,但也表示該技術的潛力不應被高估。他表示:“一個明顯的問題是,可見光無法穿透物體,因此如果接收器被阻擋,那么信號將被切斷。” 英國華威大學工程學院助理教授Mark Leeson也持相同看法,他提出:“問題在于,我們的手機如何使用可見光來通信?”

  Haas表示,這是兩個現實問題,但他也有簡單的臨時解決方法。“如果光信號被阻擋,而你需要使用設備發送信息,你可以無縫地切換至射頻信號。”他認為,可見光通信并不是WiFi的競爭對手,而是一種相互補充的技術,這將有助于釋放頻譜空間。他表示:“我們仍需要WiFi,需要射頻通信系統。你無法使用電燈泡向快速移動的物體發送數據,或是向樹、墻和障礙物背后的物體發送數據。”

  應用

  可見光通信將比WiFi廉價得多,它使用光而不是無線電波傳輸信號,從理論上說,飛機乘客能夠利用機艙內發出的光信號上網沖浪。任何有光的地方都是潛在數據傳輸源。這項技術的應用前景超乎我們想象,我們要做的就是為所有潛在照明裝置安裝微芯片,將照明與數據傳輸聯系在一起,解決我們面臨的無線通訊問題。

  例如:通過飛機座艙——不允許開啟其他無線電設備——開船艙燈,這將改變你的旅程趣味性,它也可以提高水下工作——如石油鉆井平臺下的人——無線電波無法穿越的條件下。利用該技術,LED汽車燈甚至可以提醒其他車輛不要靠的太近。

  復旦大學計算機科學技術學院發布消息稱,已研究出一種利用屋內可見光傳輸網絡信號的短距離通訊技術LiFi(LightFidelity,可見光通信)。研究人員將網絡信號接入一盞1W的LED燈珠,燈光下的4臺電腦即可上網,最高速率可達3.25G,平均上網速率達到150M,堪稱世界最快的“燈光上網”。

 
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