服务热线: 0755-86654829
新闻资讯 News
News 新闻详情

Li-Fi无线技术揭秘

日期: 2016-03-01
浏览次数: 160

Li-Fi(Light Fidelity)是相当于Wi-Fi的可见光无线通信(VLC)技术,能利用发光二极管(LED)灯泡的光波传输数据,可同时提供照明与无线联网,且不会产生电磁干扰,有助纾解现今网络流量爆增的问题,因而发展前景备受看好。

 

今日世界已离不开Wi-Fi,它无所不在,街坊邻居都有、各咖啡馆免费提供,智能型手机也少不了它。我们都认识Wi-Fi,但你知道Li-Fi吗?  


随着行动无线存取的需求不断成长,行动网络及Wi-Fi的壅塞情形将会持续加剧,届时就算增加额外射频资源(Radio Frequency, RF),可能都不足以解决问题,此现象被称作「频谱危机(SpectrumCrunch)」。但一项更具发展性的解决方案正悄悄现身;据统计,70%以上的行动流量皆出自于室内环境,Li-Fi能藉由在发光二极管(LED)光照地区供应互补又不相干扰的带宽,来解决这样的频谱短缺现象,其庞大的数据密度容量也能为现有的射频网络减轻负担。  


Li-Fi为LightFidelity之缩写,是相当于Wi-Fi的可见光无线通信(VisibleLight Communications, VLC)技术,由英国pureLiFi公司首席科学官兼爱丁堡大学教授HaraldHass所发明。此破天荒的新创技术利用来自LED灯泡的光波传输数据,能同时为使用区域提供照明以及无线通信,藉此提供铺天盖地的无线网络链接,使所有室内环境或任何光照之处都能取得网络联机。  


可见光通讯泛指任何透过可见光传输的数据通讯,主要依赖白光,相对的概念为红外线(InfraRed),也就是目前多使用在远距控制的通讯方式。  


除了数据通讯,Li-Fi也带来更进阶的网络能力,包括数据漫游(DataRoaming)、换手(Hand Over)以及多重存取。  


Li-Fi发展背景  

亚历山大‧贝尔最为人所知的身分,是电话的发明者,但他同样也是在1880年首位展示光通讯系统的人。事实上,在发明电话仅仅四年后,贝尔就拨出了全世界第一通无线电话。这通电话是透过使用光、而非无线电的Photophone设备。但贝尔需要利用日光来传输,因此使用范围相当受限。  


HaraldHaas教授和他在爱丁堡大学的研究团队率先发展出现代Li-Fi的概念,研发的实验室甚至就位于亚历山大‧贝尔楼(贝尔出生于爱丁堡,且为爱丁堡大学校友)。Li-Fi的出现,可望解决频谱日渐壅塞的问题。HaraldHaas教授在2011年七月TED全球大会上,利用串流直播影片首度展示Li-Fi技术。pureVLC公司于2012成立,专攻商用Li-Fi。  


Li-Fi的召唤 更具发展性的解决方案  

如同Wi-Fi,Li-Fi使计算机、笔电和智能型手机等电子设备能够连上无线网络。虽然Wi-Fi最初仅针对上述设备发展,现在已经广泛运用在连结生活各事物上:打印机、电视、喇叭、耳机,甚至运动鞋!简单来说,Li-Fi的角色等同于Wi-Fi,只是使用光波作为媒介,而非无线电讯号。  


LED灯泡因为省电、安全性高,正迅速取代传统日光灯,而Li-Fi正是使用来自LED灯泡的光波来传输数据,因此可以同时提供照明以及无线数据传输。 

 

想象将运用Li-Fi技术的LED灯泡装设在您的客厅、办公室中,或甚至是您的书桌及床边的灯。运用Li-Fi之LED灯泡所照亮的地方,也都能同时享受由Li-Fi带来的通讯便利。  


Li-Fi和Wi-Fi之间的差别  

Li-Fi可以将LED台灯变成类似Wi-Fi路由器的无线接取点。除了提供照明这个优势以外,它们还有什么不同功用?  


解决壅塞问题  

Wi-Fi使用发展相当受限的射频(RadioFrequency)技术,像是计算机、笔电、打印机、智能型电视、手机和平板等设备必须相互争取带宽。而随着冰箱、手表、相机等更多能使用Wi-Fi的装置陆续面世,加上来自行动网络的数据分流,流量的壅塞情况越发严重,信息传输的质量也跟着受到影响。Li-Fi使用光波的频率,其带宽是射频频宽的一万倍以上,且不和Wi-Fi互相冲突。  


安全性  

众所周知,Wi-Fi会产生电磁干扰(ElectromagneticInterference, EMI),影响飞机设备和医疗仪器,且对于发电、或石油与天然气的钻采有潜在危险性。Li-Fi使用光而非无线电波,安全无虞且不会带来电磁干扰。  


数据保护  

无线电波能穿透墙和天花板,但光则无此能力,这区隔出Wi-Fi与Li-Fi在数据保护方面的差异。在建筑外的黑客或入侵者可以潜入透过Wi-Fi传输的室内计算机。但透过Li-Fi传输的信息只能在LED灯照明范围内存取。  


速度  

802.11a/g标准的Wi-Fi提供高达54Mbps的数据通讯速度,目前也有能够将速度提升到1Gbps的技术。然而,爱丁堡大学(pureVLC的研究伙伴、同样也是Li-Fi之父HaraldHaas教授的母校)已经利用单色光源展示出3Gbps的速度。利用全色(红、绿、蓝)LED灯更能提升到9Gbps。  


Li-Fi如何运作  

标准LED灯泡由驱动器控制,驱动器可以开关并调整亮度。而在运用Li-Fi技术的LED灯泡中,驱动器透过控制LED灯来传输经过编码的数据,接着利用光传感器接收数据,接着译码。这套运作模式的概念和摩斯密码雷同,但速度却可达数百万倍,已是人眼无法辨识的速度。  


接收器有光学组件,且速度足以辨识出光源的明暗差异,也有充分能力译码Li-Fi数据,接着传送到笔电等连结设备。设备可以同时装有发送器和接收器,享受双向通讯。  


Li-Fi的必备条件  

Li-Fi是一项供无线通信使用之连网、行动、高速可见光通讯解决方案。为了在室内环境提供全面的无线网络联机,每套Li-Fi系统须具备以下条件:  


.高速  

无线数据需求的指数性成长不只是因为使用者增加,诸如影片串流和档案下载等需要大量带宽的高速下行链路服务也进一步刺激需求。因此Li-Fi系统更须提供高速以能维持现有的网络服务并满足用户。  


.双向性  

为了提供稳定的网络联机,从设备端到网络端都应该要具备逆向连结(ReverseLink),让设备能请求、或修改信息,且在现今信息爆炸的年代,提供上传照片和影片的功能。因此为了要提供完整的网络运作和用户体验,双向通讯是必不可少的要件。  


.多重存取  

射频网络若要服务大量用户,每站蜂巢式基地台(服务数百位行动通讯用户)和每个Wi-Fi存取点(服务数十台使用者设备)都需要在连网的每一方之间分享时间或是频率资源。理论上来说,一处含有数名使用者与设备的特定区域,可以藉由单一照明设备提供光线,将Li-Fi加入此光源将会需要类似的资源共享。这就是所谓的「多重存取」,有助于将无线存取扩展至光照空间、以及网络范围内的所有用户。  


.移动性/换手(Handover)  

最后,因为光线天生具备与射频信号相反的「定向性」,无论室内外的任何空间都需要数个照明设备才能提供充分光线。由于在Li-Fi网络中,每个光源都是一个无线存取点,要如何让使用者在移动的过程中还能享有完整不断的通讯联机,便成了网络运作最重要的课题:网络必须要能在存取点之间「换手」使用者。少了此功能,行动通讯用户就必须不停与各个网络存取点重新建立连结、并重启设备上的信息传输流程。  


上述条件的共同目标,都是希望能减少干扰、提高效率,并改善使用体验。对于Li-Fi的运作来说,都是相当基本的需求。  

 

「准Li-Fi」的危险  

即便在早期已有数个商用Li-Fi产品面世,但Li-Fi目前还是一项仍在崛起中的技术,发展产品的能力相当受限。  


要巩固这些必要条件的原因在于,虽然众厂商都想占有「先驱优势」,但在特定市场中发展某些设备却藏有许多隐患,若是急于推出产品而牺牲关键元素,基本上就是将该产品推入火坑。  


双向性也许是Li-Fi技术中最容易被忽略的元素。但少了双向性,基本上就等同于抹灭了一个真正Li-Fi系统的可能性。若单靠广播技术,Li-Fi系统仅限于为射频网络下行链路进行分流,上行链路联机则必须透过其他方式建立,这使得该产品应用十分有限,比如传感器网络等特定使用情况。  


另一方面,若是没有考虑到高速通讯,Li-Fi网络将会降格为一般的信息控制分配器,以此仅能支持少数一些应用,例如室内定位、手机应用程序内容更新等。此外,这样的Li-Fi网络将须依赖现有的射频基础设施以传送内容,这甚至会使得频谱壅塞问题加剧。 

 

为了要满足室内环境使用者所需的大量流量,每个Li-Fi存取点必须要能提供多重存取以能服务大批使用者。现代几乎人手一台行动设备,要为室内空间每位使用者建立专属的点到点连结显然是不可行的。  


因此缺乏多重存取能力便会使产品的应用能力局限在为那些有线、射频及激光技术不适合的领域提供点到点通讯。这样的应用范围包括海底通讯、某些传感器网络,以及医院病患监测。然而,即使在这些领域中,能和数个设备通讯的能力,都能大大改善产品功能性。  


最后,要能达成全面的无线网络存取,首先就是要能在不中断联机、不干扰信息传输的前提下,让行动设备在存取点之间切换。想象以下情境:在办公室里,使用者一面移动一面下载重要文件,每当该使用者离开其中一个照明设备的光照范围,下载过程就必须要再重新开始。这使得行动无线存取无法完成,因为使用者并没有在存取点之间进行「换手」,结果只能提供定点的无线连结。在这例子中,因为无法达到日常生活中很普遍的无线存取,使得照明空间无法享有适当的网络通讯。  


「真正Li-Fi」的价值  

完整Li-Fi系统的研发道阻且长,很容易便屈就于更简便的解决方案,以能尽速推出产品获利。然而,发展出真正的Li-Fi解决方案将能带来无可限量的好处,特别是就长期而言。主要有以下优势:  


  1. 真正的Li-Fi解决方案将能催生出适用于大部分光通讯应用和使用案例之中的产品。货真价实的Li-Fi无疑是最适合提供室内通讯的技术,所有其他光通讯技术只能望尘莫及。移动定位服务(Location-based Service)能透过单向、低速Li-Fi执行。例如海底、交通等点到点应用不需多重存取就能达成;电视市场则可以透过非网络的Li-Fi提供扩增娱乐(Augmented Entertainment)。因此,在完整的Li-Fi研发期间,不只是产品能扩展至目标领域,最终的解决方案也能让研发厂商全面触及光通讯市场。  


2.虽然光通讯/Li-Fi技术能应用在诸多市场,主要的目标市场还是在于室内网络通讯。无线网络有高达70%以上的流量源自于室内环境,因此成为Li-Fi未来的主要目标。  


真正Li-Fi解决方案的概念将有助于研发厂商主导此市场。移动定位服务能利用特殊手法传输信息到智能型手机和平板计算机上,是Li-Fi技术第二大关注领域。藉由传送精准的定位信息给用户,零售商和服务供货商将可以传输与位置相关的广告和讯息,加强与消费者间的互动。最后,如同上述,真正的Li-Fi解决方案将能使研发厂商主导所有市场,并且建立自身在光通讯与Li-Fi解决方案中的领导形象。  


3.透过尖端Li-Fi技术支配光通讯市场带来的价值不只有市占率及营收,更有推动并左右光通讯标准化的权力。Li-Fi市场领导者将有能力建立全新标准,定义室内通讯与内容传输的光通讯运作。联合手机与平板主要制造商、以及主导此波合作的市场领导者,便能开始Li-Fi技术和这些设备的整合行动。从各方面来说,真正Li-Fi解决方案的研发不仅能确保发展厂商在市场的领导地位,同样也能强化保住此地位的持久力。  


Li-Fi常见迷思  

现今有几种常见的Li-Fi技术迷思,以下分别加以厘清。  


.只有单向  

非也。Li-Fi可以装设为收发器,同时提供传输与接收。  


.非可见光不可  

非也。运用Li-Fi技术的LED灯可将亮度调到人眼看不到的程度,但数据传输不受中断。  


.需应用视线(Line of Sight,LoS)  

非必须,但建议具备。虽然Li-Fi也能透过反射光传输信息,但利用直射光的效果好得多。  


.需要特殊LED灯。  

非也,使用一般LED灯即可。  


与现今网络相互补  

Li-Fi网络将能为今日的射频基础设施提供完美互补,并进一步改善行动通讯。然而,若是缺乏真正的Li-Fi产品,则会使得应用范围相当局限,最终更可能无法打造出Li-Fi解决方案。频谱危机即将到来,有鉴于目前无线资料不断加速成长,室内通讯亟需援助,唯一的解决方案就是高速、双向、完整的行动无线网络:Li-Fi系统。 



来源:微信号murata-eetrend
关闭窗口】【打印
Copyright ©2005 - 2013 富为电子有限公司
犀牛云提供企业云服务
地址:中国·深圳·南山区科技园(中区)科技路一号桑达科技大厦2楼207室
电话:+0755-86654829/86654855
名称:富为电子有限公司
5
电话
  • 0755-8665 4829
6
二维码
回到顶部