开灯就上网!秒杀WiFi的可见光通信来啦

2015-12-21 12:25:28来源: 互联网
    

用灯光上网!回顾最早的可见光通信

  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!

  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!

  实现可见光通信如此简单!速率惊人

  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!

  可见光通信优点突出 软肋也很明显

  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

  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、构筑智慧生活

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。

关键字:可见光  电磁辐射

编辑:北极风 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/xfdz/article_46881.html
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