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。

可见光通信和Li-Fi的那些事儿

以前小枣君和大家说过，我们现在的无线通信，都是基于电磁波的通信。

电磁波通信，必须要占用频谱资源。虽然看不见，摸不着，但是频谱资源是非常宝贵的。

一直以来，我们主要是使用“电波”进行无线通信，用电波的频谱资源。

电波的频谱资源东分一点，西分一点，已经没剩下多少了。

电波不够用，人们自然会想，那是不是可以用光波 呢？

光波频率资源丰富，频段宽阔，所以速度比电波快得多。

利用光波进行无线通信的技术，通常就称为“光通信” 。

注意了，我们平时经常所说的光通信，更多的是指光纤通信 。实际上，光纤通信属于有线通信。

但是没办法，名字已经被大家叫习惯了，再抢回来也难了。。。

于是，为了和光纤通信进行区分，我们的“真·光通信” 又被叫做“可见光通信”（Visible Light Communication，VLC）。 它有属于自己的标准——IEEE 802.15.7 VLC 。

它的准确定义是：利用可见光波段的光作为信息载体，在空气中直接传输光信号的通信方式。

这几年到处都很火的“Li-Fi ”，就是“可见光通信”技术中的一种。

2011年，德国物理学家哈拉尔德·哈斯 （Harald Haas）和他在英国爱丁堡大学的团队发明了一种专利技术，利用闪烁的灯光来传输数字信息，这就是Li-Fi。

Li-Fi，光保真技术（Light Fidelity） 。是不是觉得这个名字和Wi-Fi 很像？之所以这么命名，就是因为它的应用场景和Wi-Fi很像，而且当时人们觉得它很可能会取代Wi-Fi。

哈斯和他的Li-Fi

Li-Fi的工作原理并不复杂。给普通的LED灯泡装上微芯片，可以控制它每秒数百万次闪烁，亮了表示1，灭了代表0。由于频率太快，人眼根本觉察不到，但是光敏传感器却可以接收到这些变化。就这样，二进制的数据就被快速编码成灯光信号并进行了有效的传输。灯光下的电脑或手机，通过一套特制的接收装置，就能读懂灯光里的“莫尔斯密码”，就能通讯了。

可见光通信工作原理

大家要注意哟，哈斯只能算是Li-Fi的发明人，他并不是可见光通信的发明人。

可见光通信早在2000年左右就提出来了，发源地是日本。

可见光通信的诞生前提就是LED技术的飞速发展。

LED自从诞生以来，以每十年亮度提高20倍，价钱降低100倍的速度发展，技术日趋成熟，功能不断完善。

可见光通信的发展历程：

2000年，日本研究者提出并仿真了利用LED照明灯作为通信基站进行信息无线传输的室内通信系统。此时的光通信，传输速率仅有几十KB 每秒。

2003年，日本成立了VLCC可见光通信联盟，迅速成为国际组织。

2008年，实现了可见光通信最远传输距离2000米，传输速率为1022bit/s 。

2010年，利用LED交通信号灯作为发射机的可见光通信技术，传输速率是4800kb/s ，距离300米。

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。

2013年，英国科研人员又把离线速率刷新到10Gbps 。

2015年，中国把实时通信速率提高至50Gbps 。

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 ！

牛津大学的可见光通信研究

高速率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。

除了速率之外，可见光通信还有很多其它方面的优势。

据统计，2020年支持Wi-Fi无线连接的设备将达17亿台 ，但随着设备的进一步增加，2025年基于传统RF（射频）技术的Wi-Fi网络可能无法满足设备连接需求。

蜂窝通信方面，只我们中国，移动通信基站有差不多600万个 ，大部分能量都用于冷却，效率只有5% 。

LED光源就不一样了，目前全球LED灯泡就有大约400亿个 。只需给这些LED灯泡加一个微芯片，就能改造成信号发射器，形成的通信网络规模是非常惊人的。这样做的成本也比部署Wi-Fi热点低得多，也不必新建基础设施。

而且，前面也说了，无线电波的频谱资源日趋紧张，网络已经变得拥挤不堪。可见光频谱的宽度达到射频频谱的1万倍，意味着能带来更高的带宽，可以使用的资源也非常丰富。使用光通信，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。

此外，可见光对于人类来说是绿色的、无辐射伤害的一种物质。因此用光来作为无线通信的媒质，是一种对人类发展更健康，更可取的方向。同时用光来通信能降低能耗，因为不需要像基站那样提供额外的能耗，更加环保。

如果算上安全的话，也是一个优点，可见光通信，把光线一挡，就泄露不出去了。。。

但是，可见光通信的缺点 其实也非常多。

首先，大家应该已经想到了，像Li-Fi这样的东东，你下行速率还好说，上行怎么办呢？手机上也装个电灯泡？

然后，环境光源干扰。在封闭的室内用用是没问题，到了室外，光源杂乱，这个受影响就很大。

再有，就是距离，可见光通信的速率看上去很高，但是实验室里面都是短距离理想环境下测试，你不可能拿着手机挨着灯泡上网，你稍微离远点，速率就下降得厉害。而且，如果你背对着光源，挡住了光，就没信号了。。。

总而言之，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”传统射频通信。但是指望它短时间内替换掉Wi-Fi或基站，肯定是不可能滴。以后如果光通信发展得好，它应该会和现有通信技术进行搭配使用，或者在某些特定场合下先用起来。

我们还是耐心等待吧！ ^_^

（全文完）

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