作者：張麗萍
一、 LiFi的最新進(jìn)展
LiFi（Light Fidelity）技術(shù)是一種利用可見(jiàn)光波譜（如燈泡發(fā)出的光）進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)娜聼o(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù),采用白光LED作為光源，利用LED燈光承載的通信信號(hào)直接調(diào)制LED的發(fā)光強(qiáng)度來(lái)傳輸信息，無(wú)需光纖等有線(xiàn)信道的傳輸介質(zhì)，在空氣中直接傳輸光信號(hào)。LiFi技術(shù)是照明與通信的深度耦合。
在去年的MWC2016大會(huì)上，愛(ài)丁堡大學(xué)的哈斯教授創(chuàng)立的Pure LiFi公司推出了第三代LiFi產(chǎn)品——外接式傳輸新產(chǎn)品LiFi-X。LiFi-X配備一個(gè)可連接任何LED燈具的接入點(diǎn)以及一個(gè)名片大小的適配器，該適配器可通過(guò)USB 2.0接口連接到移動(dòng)設(shè)備。LiFi-X上下行傳輸速率都達(dá)到了40Mbps。在今年的MWC 2017大會(huì)上，PureLiFi公司發(fā)布了一個(gè)時(shí)尚的新型集成Li-Fi燈具。將Li-Fi調(diào)制元件集成為一個(gè)黑色環(huán)，用于環(huán)繞LED燈。環(huán)與天花板齊平，這使得搭載Li-Fi的LED燈與普通的燈幾乎毫無(wú)區(qū)別。這款新燈具可以一次支持8到16個(gè)用戶(hù)連網(wǎng)，并以45Mbps的速度傳輸數(shù)據(jù)。
二、 LiFi的性能特點(diǎn)
LiFi具有數(shù)據(jù)傳輸速度快、建設(shè)便利、低能耗、安全性強(qiáng)等特點(diǎn)。
（1）傳輸速度快
可見(jiàn)光的頻譜帶寬是目前電磁波帶寬的10000倍。目前實(shí)驗(yàn)室測(cè)試最高速率達(dá)到50Gbps，是目前WiFi最快標(biāo)準(zhǔn)（802.11ac，可達(dá)到1Gbps）的50倍。
（2）建設(shè)便利，光源易得
LiFi技術(shù)利用已鋪設(shè)好的設(shè)備（無(wú)處不在的燈泡），只要在燈泡上植入一個(gè)微小的芯片，就能變成了類(lèi)似于A(yíng)P（WiFi熱點(diǎn)）的設(shè)備，使終端隨時(shí)能接入網(wǎng)絡(luò)。目前全世界的電燈泡數(shù)量約有140億盞。例如高速公路上的路燈，人們?cè)诟咚傩旭偟能?chē)上就能輕易地接收到路燈傳來(lái)的信號(hào)。
（3）綠色健康，低能耗
LiFi技術(shù)不依靠無(wú)線(xiàn)電波，不會(huì)產(chǎn)生電磁干擾。通過(guò)LiFi在飛機(jī)上連接互聯(lián)網(wǎng)，不必屏蔽電子設(shè)備了。此外，LiFi技術(shù)在偏遠(yuǎn)地區(qū)能比WiFi更方便地連接到互聯(lián)網(wǎng)，譬如煤礦，煤礦工人可以利用Lifi使用地理定位系統(tǒng)、打電話(huà)或者上網(wǎng)�？梢�(jiàn)光對(duì)人類(lèi)來(lái)說(shuō)是綠色的、無(wú)輻射傷害的一種物質(zhì)。同時(shí)用光來(lái)通信能減低能耗，不需要像基站那樣提供額外的能耗。開(kāi)燈照明的同時(shí)就能傳輸信號(hào)，消耗功率還不到發(fā)光功率的5%。
（4）安全性強(qiáng)
與無(wú)線(xiàn)電波可以穿透物體進(jìn)行傳播相比，LiFi只能沿直線(xiàn)傳播，不會(huì)穿透墻體，從安全角度講，不容易被截取而泄露信息。
基于LiFi的特點(diǎn)，可將LiFi無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)需求分為兩類(lèi)：一是作為無(wú)線(xiàn)接入的替代，適用于目前不適合無(wú)線(xiàn)接入的場(chǎng)景，例如對(duì)電測(cè)輻射比較敏感的場(chǎng)景，對(duì)安全和保密通信要求比較高的場(chǎng)景，無(wú)線(xiàn)電波不可達(dá)而可見(jiàn)光可達(dá)的場(chǎng)景；二是作為無(wú)線(xiàn)接入的補(bǔ)充，適用于存在普通的無(wú)線(xiàn)接入的局域網(wǎng)，在無(wú)線(xiàn)頻譜緊張的情況下，對(duì)無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)進(jìn)行負(fù)載分流。這些場(chǎng)景包括家庭無(wú)線(xiàn)接入、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信。
三、 LiFi發(fā)展前景及對(duì)監(jiān)管的影響
1、LiFi目前存在的問(wèn)題
我國(guó)在可見(jiàn)光通信領(lǐng)域的研究起步較晚，但似乎已后來(lái)居上。如今我國(guó)的相關(guān)專(zhuān)利申請(qǐng)數(shù)量在全球已是第一，達(dá)到1700多項(xiàng)。與專(zhuān)利申請(qǐng)數(shù)量爆發(fā)形成鮮明對(duì)比的是，LiFi技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程卻十分緩慢。目前還沒(méi)有公司做出批量化的產(chǎn)品，現(xiàn)在都是實(shí)驗(yàn)室的樣品、示范。企業(yè)院校對(duì)LiFi的研究還停留在起步階段，規(guī)模化生產(chǎn)的產(chǎn)品還沒(méi)有出現(xiàn)。技術(shù)發(fā)展的瓶頸、產(chǎn)業(yè)鏈缺少協(xié)同和市場(chǎng)定位不清晰等原因限制了LiFi的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。
技術(shù)方面：一是可見(jiàn)光不能穿透障礙物的阻擋，傳輸距離有限。之前所報(bào)道的Gbps的傳輸，傳輸距離僅為分米級(jí)，在小于3m的情況下，可以實(shí)現(xiàn)100Mbps的傳輸；二是雙向傳輸存在一定難度。LiFi的上行比較難實(shí)現(xiàn)，需要在專(zhuān)用的上網(wǎng)卡上加裝用于上行傳輸?shù)腖ED燈，并同時(shí)在下行傳輸?shù)腖ED燈具上加裝接收上行信號(hào)的光探測(cè)器。而受體積限制，用于上行的LED燈的功率不能很高，這就限制了上行傳輸?shù)乃俾�。三是信�?hào)受環(huán)境光干擾比較大。如果環(huán)境光源比較強(qiáng)，很有可能LiFi會(huì)無(wú)法正常通信。真正的干擾是可見(jiàn)光通信器材之間的干擾，屋里不可能只有一個(gè)LED燈泡，一個(gè)接收器可以接收到許多LED發(fā)射器發(fā)射的信號(hào)，這種干擾是致命的。這些發(fā)射器之間需要協(xié)同作業(yè)，用電力線(xiàn)或者以太網(wǎng)線(xiàn)進(jìn)行互聯(lián)。四是照明技術(shù)與通信技術(shù)深度融合缺乏基礎(chǔ)研究（照明通信共用器件/共用驅(qū)動(dòng)等），現(xiàn)有光學(xué)器件針對(duì)可見(jiàn)光頻段缺乏針對(duì)性設(shè)計(jì)，同質(zhì)異質(zhì)鏈路組網(wǎng)機(jī)制研究不足。
產(chǎn)業(yè)鏈方面：LiFi技術(shù)涉及通信、照明、電力等許多行業(yè)領(lǐng)域，涉及產(chǎn)業(yè)鏈綿長(zhǎng)。目前LiFi的產(chǎn)業(yè)鏈尚未成型，缺少協(xié)同。產(chǎn)業(yè)鏈以研究機(jī)構(gòu)為主導(dǎo)，LED廠(chǎng)商積極參與，但產(chǎn)業(yè)鏈缺少終端廠(chǎng)商、芯片廠(chǎng)商的支持�，F(xiàn)階段研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)研發(fā)出的LiFi系統(tǒng)多為原型機(jī)，使用自行設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行信號(hào)處理，設(shè)備體積龐大。通信設(shè)備的小型化和低能耗需要設(shè)計(jì)專(zhuān)用集成電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。如果大規(guī)模普及LiFi技術(shù)，將通信網(wǎng)絡(luò)接入每個(gè)燈泡，工程量巨大，必須通過(guò)一系列的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。
市場(chǎng)定位方面：LiFi市場(chǎng)定位尚不清晰，未出現(xiàn)殺手級(jí)應(yīng)用。在大眾應(yīng)用市場(chǎng)，4G網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)越來(lái)越好，與WiFi形成互補(bǔ)，大幅緩解了人們的上網(wǎng)需求，使用LiFi替代WiFi的意愿并不強(qiáng)烈。LiFi只有通過(guò)逐步示范應(yīng)用，找到殺手級(jí)應(yīng)用作為突破口，才能在寬帶無(wú)線(xiàn)應(yīng)用市場(chǎng)找到一席之地。
2、未來(lái)發(fā)展前景及對(duì)監(jiān)管的影響
在未來(lái)十年內(nèi)，信息的傳輸量將超出現(xiàn)有無(wú)線(xiàn)電頻譜的承載能力，LiFi不能僅僅被視為一種無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，更有望激活帶寬達(dá)到300THz的可見(jiàn)光譜頻譜資源，是破解傳統(tǒng)無(wú)線(xiàn)電頻譜資源嚴(yán)重匱乏困局的新途徑。
近期，LiFi主要應(yīng)用于電磁干擾敏感區(qū)域，典型場(chǎng)景包括水下、機(jī)艙、艦船、醫(yī)院、礦井、坑道、室外等，可以提供一種中近距離無(wú)線(xiàn)寬帶信號(hào)傳輸方式。遠(yuǎn)期，由于現(xiàn)階段在非電磁干擾敏感區(qū)域尚沒(méi)有殺手級(jí)應(yīng)用，只有當(dāng)高速高密度的需求超出無(wú)線(xiàn)電頻譜資源承載能力時(shí)，可見(jiàn)光通信的價(jià)值才會(huì)體現(xiàn)出來(lái)，典型場(chǎng)景包括家庭、辦公室、大型公共場(chǎng)所等室內(nèi)高速接入應(yīng)用領(lǐng)域。
LiFi發(fā)展涉及產(chǎn)業(yè)眾多（通信、照明、電力、交通等），產(chǎn)業(yè)啟動(dòng)周期長(zhǎng)，近期難形成全面爆發(fā)式增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。LiFi產(chǎn)業(yè)應(yīng)用將按照“從低速到高速，從單向到雙向，從行業(yè)到大眾”的原則逐步發(fā)展。
LiFi使用的可見(jiàn)光頻譜相比無(wú)線(xiàn)電波更為豐富，目前使用無(wú)需牌照，自由使用。從頻譜管理角度看，一方面LiFi可以緩解移動(dòng)通信技術(shù)日益增長(zhǎng)的頻譜需求，應(yīng)密切關(guān)注LiFi的發(fā)展進(jìn)程和應(yīng)用場(chǎng)景。另一方面，LiFi使用的可見(jiàn)光頻譜資源未來(lái)或需進(jìn)行管理，避免因?yàn)長(zhǎng)iFi的廣泛使用而出現(xiàn)干擾等問(wèn)題。
作者簡(jiǎn)介：
張麗萍 中國(guó)信息通信研究院產(chǎn)業(yè)與規(guī)劃研究所高級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)闊o(wú)線(xiàn)技術(shù)與應(yīng)用。
聯(lián)系方式：zhangliping@caict.ac.cn
聯(lián)系地址：北京市西城區(qū)南禮士路3A號(hào)華遠(yuǎn)大廈
