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。

好神奇！LED灯能够组成军用可见光通信网

目前军用飞机执行任务过程中机舱内的通信几乎全部依赖于有线传输方式，机组人员查看态势、接收 发送指令、操控设备以及彼此之间的交互均需通过部署在特定位置的显示屏或操作台位完成m。这种有 线接入系统的模式使得机组人员活动范围极度受限，对于承担远程长时任务的飞机，还造成机组人员在休 息时无法有效跟踪任务进展情况，影响工作效率。针对有线传输带来的问题与不便，民用客机的解决方案 是采用WiFi技术在机舱内构建无线接入网。然而，基于WiFi的无线接入使得传输信息面临被窃听和 截获的威胁，难以满足军用飞机对信息安全保密性的要求。军用飞机机载无线接入网的建立需要采用一种 更加安全的无线接入技术。

因此，可见光通讯作为一种新技术获得重视。可见光通信是一种新型的无线通信技术，利用LED发光二极管发出的肉眼觉察不到的高速明暗闪烁信号来传输信息。可见光无线通信能够 利用LED照明设备进行，只要灯光照到的地方，就可以进行数据传输。与传统无线通信技术相比，可见 光通信具有绿色环保、频谱资源丰富、无电磁干扰、安全、保密性好等一系列优势。对于电磁兼容性和信 息安全保密性都有很高要求的军用飞机而言，可见光通信为机载无线接入提供了一种较为理想的技术选择。

香港大学电子工程系首先在1999年提出可见光通信概念，随后日本学者紧随其后对可见光通信技术展开了较为深入的研究，领先取得了众多研究成果。2008年，欧盟启动了发展1Gbps以上速率超高速家庭接入网的OMEGA项目，所搭建的测试网络最高传输速度达300Mbp。2011年，美国、德国、挪威和以色列共同成立了LiFi联盟，进行航天系统中的可见光通信技术研宄。

在飞机和航天器中，可用作可见光无线接入点的设备主要有LED照明设备以及LED背光显示屏。照明设备是飞机各舱室必备的设备。相比于白炽灯和荧光灯，LED是一种具 有更高能效的固态照明设备，白炽灯和荧光灯所主导的照明领域正在被LED灯逐步接管。为了达到要求的 照明效果，LED照明设备通常为由多个LED组成的LED阵列。阵列形式可选择线形阵列、圆形阵列 等。机舱内配置的众多LED照明设备为基于可见光通信的机载分布式协同接入网的建立提供了丰富的接 入点资源。为了达到舱内全覆盖，可对照明设备重新布局，或者根据需要增加一定数量的LED照明设备。

此外，军用飞机机舱内的不同位置配置有多个显示屏。例如，操作舱的每个操作台位均配置有显示屏，而休 息舱一般也会配备一个或多个显示屏。目前主用的显示屏为液晶显示屏（Liquid Crystal Display，LCD)。 由于LCD面板本身不具有发光特性，必须依赖背光源提供充足的亮度和分布均匀的光源，来达到显示的 功能。与其他背光源相比，LED具有发光效率高、宽广色域、省电、寿命长、环保等诸多优点，是LCD 背光源的发展方向。因此，具有LED背光的显示屏也可作为基于可见光通信的机载分布式协同接入网 的接入点。

基于可见光通信的机载分布式协同无线接入网由分布式接入点和中心协同处理器组成。 机舱内散布于不同位置的LED灯和LED背光显示器构成一个个分布式接入点，各接入点通过骨干网（如 光纤）连接到中心协同处理器。各接入点的信号在中心协同处理器集中协同处理。

散布于各处的分布式接入点能够缩短平均接入距离，降低系统的平均发射功率，并有效提高系统容量, 达到机舱内高效全覆盖的效果。中心协同处理器将各接入点的信号集中协同处理，能够利用分集效应提升 信号质量，同时有效消除不同接入者之间的相互干扰。

基于可见光通信技的机载分布式协同无线接入网的构建包含一系列关键技术，主要包括宽带调制技术、 协同干扰抑制技术、协同传输技术、LED布局优化以及信道模型构建等。例如，由于LED发光原理以及 LED光的非相干特性，调制带宽是可见光通信面临的一个极大挑战。另外光线反射引起的多径传播，会带来码间串扰等等。

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