开灯就上网！秒杀WiFi的可见光通信来啦

试想一下，在一个有灯光照耀的地方，你手上的移动终端不到0.2秒就能下载（传输）完成一部高清电影（1GB），同时还能可享受打电话、上网等各种常见网络服务，那么你还会想念WiFi或4G网络吗？答案显然是不会！不过也一定有朋友会问，这么“夸张”通信技术真的存在吗？答案当然是肯定的！

近日，中国“可见光通信系统关键技术研究”获得重大突破——可见光通信的实时通信速率已经提高至50Gbps ！

那么什么是可见光通信（Visible Light Communication，VLC） 呢？其实就是利用可见光波段的光作为信息载体，无需光纤等有线信道的传输介质，在空气中直接传输光信号的通信方式。简单来说，只要头顶上有灯光照耀，理论上无论是传输数据信息、上网，还是进行语音、视频通话，亦或是调节物联网设备的开关，均可轻松实现，而且借助超高的传输速率，应用体验远超WiFi和4G网络。

可见光通信——将改变你的生活

追溯 可见光通信的历史：电话才刚刚问世！

其实可见光通信并非是最近几年才出现的新兴概念，其历史可以追溯到电话刚刚诞生的年代。1876年3月10日，亚历山大·格雷厄姆·贝尔（Alexander Graham Bell）与他的同事因试验了世界上第一台电话机而被世人所熟知，但其实他还有另一项伟大的发明成就，就是光线电话（photophone）。

可见光通信之光线电话

1880年，贝尔发现了一个有趣的玩法：通过调节光束的变化来传递语音信号，从而可以进行双方无线对话——这就是人类第一次实现无线电话，利用的正是可见光通讯。可惜当时电话尚未普及，光线电话也被认为实现难度大，实用价值不高等原因，没能得到实际推广...。

而进入21世纪，随着LED等的逐步普及，可见光通信再度兴起，并且不断取得了新的突破。那么可见光通信和LED等究竟有何关系呢？接下来我们就来讲一讲他们背后的故事！

解析可见光通信：看起来很复杂而已

为何说LED灯的普及，让可见光通信再度兴起？很简单，因为LED（发光二极管，Light Emitting Diode，LED)灯比以往的荧光灯和白炽灯可以支撑更快的开关切换速度。这样通过给普通的LED灯加装微芯片，就能使LED灯以极快的速度闪烁，从而利用LED灯发送数据。

LED等通信原理图（图片来自网络）

上面的说法可能有些难以理解，那么我们再换个简单的说法：通过微芯片来控制普通LED灯，可实现其每秒数百万次的闪烁，其中灯亮代表1，灯灭代表0，这样二进制的数据就被快速编码成灯光信号，从而进行有效的传输了。与此同时，灯光下的终端（电脑、笔记本、手机、平板、甚至是物联网设备等），通过一套特制的装置接收信号，就能实现有灯光的地方有网络，关掉灯则网络全无！

看到这里你或许会有一个疑问，LED灯那么频繁的闪烁，我们的眼睛岂不是要废了？对此用户大可放心，因为当闪烁频率达到数百万次每秒时，对人的眼睛来说，这样的闪烁是不可见的，只有光敏接收器才能探测到。所以说，无论是照明还是数据传输，用户都不会感受到任何影响。

可见光通信：速率不断提升中

高速率性是可见光通信的最大优势，也是业界普遍看好其前景的主要原因。但在2000年可见光通信刚刚兴起之时，有限的调制带宽限制了可见光通信的传输速率，起初仅有几十KB每秒，直到2010年以后，可见光通信的速率才有了质的提升——2010年，德国弗劳恩霍夫研究所的团队将通信速率提高至513Mbps创造世界纪录；2013年，复旦大学研发出3.75Gbps离线数据传输的速率，创造世界纪录；同年，英国众多高校的科研人员又把离线速率刷新到10Gbps。

而近日，经我国工信部测试认证，中国“可见光通信系统关键技术研究”又获得重大突破，实时通信速率提高至50Gbps，再次展现了中国在可见光领域的先发实力。

牛津大学的可见光研究实验

不过可见光通信的速度还在不断飙升，据国外媒体报道，牛津大学的研究人员已完成100Gbps可见光通信试验，并命名为“超并行可见光通信”，甚至预测该通信系统的最高速率能达到3Tbps！其原理是借助更多波长的光来实现信号的多路传输，但这也对视场有了更高的要求，理论上，60度的视场可支持6个波长，可实现224Gbps（6个信道）的传输速率，而36度的视场则可支持3个波长，也可实现112Gbps（3个信道）的传输速率。不过在速率提升的同时，传输距离也被缩短，目前仅有3米的有效距离。

虽然目前的可见光传输速率还仅仅停留在实验室阶段，但仅从理论结果来看，其已经远超当前的WiFi和4G网络，因此未来的前景值得期待。当然，可见光通信的优势可不止速率快这一点哦。不信？请接着往下看！

对比WiFi 可见光通信优势明显

“LiFi”将替代WiFi？

其实可见光通信还有另外一个名字，就是“LiFi”，因此不少人将其视为WiFi的替代者。的确，相比WiFi，除了速率优势之外，可见光通信还有很多其它优势，下面具体来说说：

1、密度高，成本低。 众所周知，想要实现WiFi覆盖，就需要部署WiFi热点（无线AP/无线路由器），而相比当前WiFi热点的部署，灯光的密度无疑要高出很多；同时利用已有的照明线路即可实现光通信，不必新建基础设施，而且LED灯的改造成本也要比部署WiFi热点低的多。

2、频谱丰富。 WiFi的无线传输需要利用了射频信号，然而无线电波在整个电磁频谱中仅占很小的一部分，随着用户对无线网络需求的持续增长，可用的射频频谱将越来越少，终有一天WiFi网络会变得拥挤不堪。相比之下，可见光频谱的宽度是射频频谱的1万倍，完全不用担心频谱不够用的问题，同时还能缓解全球无线频谱资源短缺的现状。

3、无电磁辐射。 WiFi依靠的是看不见的无线电波传输，设备功率越大，局部电磁辐射越高，同时也会产生电磁干扰，这对于医院等对电磁信号敏感的机构来说始终是个难题，而选择了可见光通信，则完全没有电磁辐射和干扰的问题。

4、高保密性。 只要遮住灯光光线，信息就不可能向照明区以外的人泄漏。

“LiFi”具备诸多优势

综上所述，用可见光通信替代WiFi，的确是相当不错的选择！但是，在实际应用中，可见光通信还有这自己的不足：

1、安全性不足。 刚刚提到的高保密性，仅仅是相对而言的，如果实在用户家中或企业内部使用，确实较为安全，但如果到了公共场所，那么安全威胁可以说是无处不在。

2、传输易被打断 。由于光被阻挡，传输就会中断，因此不难想象在实际应用场景中，这种中断可能随时发生。

综合来看，可见光通信确实在理论传输速率、部署、成本、零电磁辐射等方面“秒杀”WiFi，但在实际应用环境下，其易被阻隔的软肋也相当明显，因此可以预计，未来“LiFi”将很难替代WiFi，但可以肯定的是，“LiFi”如果与WiFi进行互补，必将打造出更美好无线新生活。

提前感受可见光通信时代的美好生活

有了可见光通信，未来我们的工作生活将会发生怎样的变化呢？下面就随笔者一起来畅想一番吧！

1、天上、地下都有用

可见光通信应用于飞机上和矿下作业

刚刚已经介绍过，可见光通信不会产生电磁干扰，因此当其应用于飞机等环境之中，乘客在飞机上使用终端设备将变得更加的自由；而对于在水下、矿下作业的工人来说，仅靠一束光，就能实现通话和数据传输，相信将会进一步提升工作效率。

2、应用于汽车领域

可见光通信应用于汽车领域

如今车联网是非常火热的话题，但真正实现车联网，还需要较长一段时间。而引入可见光通信技术，将有望加速车联网的进程，并打造更多创新应用。比如当车灯照到了路边的路牌，路牌马上可以给车辆导航仪传输附近的路况，并告知到达目的地最通畅的道路，让用户拥有更好的驾驶体验；再比如当车辆靠近时，主动提示刹车信息，或实现自动刹车等等。

3、构筑智能生活

构筑智慧生活

借助可见光通信的特性，早上我们起床打开灯，就能通过各种终端设备（电视、平板、手机等）在第一时间了解今天的天气状况、得知最新的出行信息、以及国内外重要新闻等等；而家庭成员间分享数据信息时，更可实现“秒传”。当然，这些仅是构筑智能物联生活的第一步，未来还将搭配传感器，实现更多创新体验。

可见光通信：应用前景不可估量

有调研机构预计，2018年全球可见光通信市场的规模将达60亿美元，未来更将达到万亿的规模。而可见光通信也将与WiFi、蜂窝网络（3G、4G、甚至5G）等通信技术交互融合，在物联网、智慧城市（家庭）、航空、航海、地铁、高铁、室内导航和井下作业等领域带来创新应用和价值体验。也就是说，未来借助可见光通信技术，实现的不仅仅是开灯就上网，也不仅仅是超高速的数据传输，而是不可估量的应用创新。

光纤传输与无线传输有什么不同？

单模光纤因为衰减小而具有更大的容量，但是它的生产要比多模光纤昂贵。光纤在任何时间都只能单向传输，因此，要实行双向通信，它必须成对出现，一个用于输入，一个用于输出，光纤两端接到光学接口上。

按照传统通信系统模型来看，它的基本框架是：信源-发送器-传输系统-接收器-信宿。传输系统(信道)，也就是我们所说的传输媒体所构成的系统模型。 由于信号在信道中的传输是单向性的，而且会受到噪声的影响与干扰，所以，恰当选择传输媒体，对提高信号传输的性能，即可靠性和有效性，有着极其重要的意义。通信质量取决于信号的特性和传输媒体的性质，关键就是能否匹配好信号频谱特性和信道传输特性。传输媒体从狭义上来说，指的是发送器与接收器之间的传输系统，它针对的是信号;从广义上来说，指的是信源和信宿之间的系统，它针对的是信息。

我们将传输媒体分为导向和非导向两种，二者的区别分别为受制于媒体自身特性和受制于信号本身。 导向与非导向也就是我们常说的有线通信和无线通信。有线通信分为双绞线、同轴电缆、架空明线和光纤四类。光导纤维，也就是光纤，是一种能够传导光信号的极细(50μm～100μm)而柔软的介质。

光纤的横截面为圆形，从外到内由三部分组成：外壳、包层、纤芯。三者的光学性能不同：纤芯常由二氧化硅构成，为光通路。包层由多层反射玻璃纤维构成，目的是将光线反射到纤芯上。从传输点模数来分，光纤可以分为单模和多模两种传输方式，单模提供单条光通路;多模光纤，即发散为多路光波，每一路光波走一条通路。单模光纤因为衰减小而具有更大的容量，但是它的生产要比多模光纤昂贵。光纤在任何时间都只能单向传输，因此，要实行双向通信，它必须成对出现，一个用于输入，一个用于输出，光纤两端接到光学接口上。

光纤有四大显著优点：

一、带宽大，容量大。 现在，光纤已基本实现工程实用化，不仅能满足电话、数据、文字、图像等综合业务信息的传输需求，而且也适应将来信息化社会的发展。比起其它有线传输方式来说，光纤是目前性能最良好的传输介质，通过频分，时分和波分复用，它将会越来越多的应用在日常生活中。

二、损耗小，中继距离长。 光纤传输损耗不会随频率和温度改变而改变，所以光纤的安装不需要严格的稳定;而其中继距离长的性能，就可使其应用于海底光缆通信和国防长途通信，这对解决海底通信有着重要的意义。

三、抗干扰性好。 光纤是绝缘材料，只能导光而不能导电，所以光纤不受电磁干扰，因此，其既可以防止电磁波辐射而受到窃听，又可以防止外部干扰信号的影响，这对提高现代通信的安全性和保密性有极重要的作用。

四、体积小，质量轻。 由于光纤可进行复用，容量又大，只需要极小极细的光纤就可以传输大量信号，也就降低了运输和搭建等成本。

与有线通信相对的就是无限通信，包括无线电波通信，红外通信和微波通信三种。由于它们都是沿直线传播的，都需要在发送方面和接受方面有一条视线通路，所以也称它们为视线媒体。无线电波具有全向性，频率较小;红外线频率最小，常用于与温度有关的事物的探测;微波的频率介于二者间，其具有定向性，主要利用的是它会穿透电离层而进入宇宙空间的特性。现在微波应用最广，主要分为两种类型，即地面微波接力通信和卫星通信。由于微波在空间中是以直线传播的，而地球表面是曲面，所以其在地面的传播距离受到限制。为了增加传输距离，就增大天线塔的高度，塔越高，传输距离越远。

地面微波通信有以下主要特点：频率高，带宽大，传输距离远，抗干扰能力强，可靠性高。但正由于其频率高的特性，所以在相邻站点间不能有障碍物，而且容易受到天气的影响而造成失真。卫星通信和地面微波通信的原理类似，其实质是利用位于36000km高空的人造同步地球卫星作为中继的一种微波接力通信。采用三个适当配置的卫星，就可以覆盖全球除两级音区以外的所有地方。卫星通信最大的优点就是通信为面覆盖式的，同步卫星发射的电磁波能辐射到地球的三分之一的区域，因而便于实现多址和移动通信，也便于组成通信网。因此，其广泛应用于传输多路长距离电话、电报、电视等业务，我们在不同的地域，也可以欣赏到其他地区的现场直播。然而，它也有它的缺点，那就是它的延时太大。无论地面上两站的距离有多远，从发射器通过卫星转载到接收器的延时有270us，这相对于其他无线通信要长得多，也正因为如此，卫星通信的保密性也较差。

通过有线通信的代表——光纤与无线通信的代表——微波的对比，我们可以看出二者各有自己的优缺点。光纤受制于媒体自身的特性，它要求信号与信道的匹配，是路的概念;而无线通信它凭借的是信号自身的特性，是一种场的概念。这是它们的外观上最基本的差别。随着经济的高速发展，对传输介质的研究也越来越深刻。光纤可以高速、准确的传输信号，而且质量轻、易搭建、造价低，但是正是由于它的这些优点，它也有很大的缺点，那就是不一定能满足构建要求。例如当通信线路要通过某些建筑物、山体、施工挖掘、电缆铺设等工程时，只能绕行，这样既费时又费力，所以，光纤需要自由空间来施展自己的才能。而无线通信就掩盖了这个缺点，它通过选择不同的波来作为载体，可以通过不同的障碍物而自由传输。可是，卫星通信也有很大的缺点。它不是靠实在的介质来传输信号，这样就会有可能产生误差。例如在微波通信中，有时一个天线发射出的信号也会分成几条略有差异的路径到达天线，因而造成失真;在传输过程中，也会相对有线传输受到更大的天气等环境因素的干扰。

那么，如何选择传输信号方式呢?例如：当要建设一栋办公楼时，我们就要选择网络的覆盖方式，是选择铺设高速、轻巧的光纤，还是选择无线网络覆盖：如果我们是定点办公的话，那么我们当然是选择光纤，因为它传输速率极高，稳定;如果需要移动办公的话，那就选择无线通信，这样可以随时随地上网不用受到地点限制，可是这样的话网络就不太稳定。如果选择海底与陆地间通信方式，我们一般选择光纤，虽然这样铺设会需要大量材料，信号会有极大时间的延迟，需要大量人力、物力，可是若选择无线通信的话，由于海水阻力极大，信号会有很大的衰减，导致传输距离极短……频恒通讯技术专家建议，应当按需选择，因地制宜。

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