神奇的可見光通信技術

四川省南充市纖維檢驗所 陳春全

無線通信技術（Wi-Fi）已經深入到了我們生活的方方面面，幾乎所有的智能手機、筆記本電腦、平板電腦都支持Wi-Fi 上網。Wi-Fi 是通過無線電波來上網的，只要在無線路由器的電波覆蓋的有效范圍內都可以使用。但是，Wi-Fi 的安全性和私密性都存在瑕疵，尤其是家庭使用的Wi-Fi 很容易遭到黑客的攻擊。同時，一個無線路由器或是熱點聯網的用戶過多，也會出現網速變慢的問題。于是，科學家們又研究出了一種可見光通信技術（Li-Fi）。

可見光的信息傳遞

可見光無線通信，也稱為光保真技術，是一種利用燈泡發出的光傳輸數據的技術。這種技術的原理其實十分簡單。眾所周知，“0”和“1”是數字傳輸中最基本的信號，因此我們把開燈狀態設置為“1”，關燈狀態設置為“0”，然后通過不斷地開燈、關燈，便可以實現燈光快速傳輸二進制編碼了。

那么，同學們可能就覺得很奇怪了。不停地開關燈，別說是控制開關的人了，就是燈泡它也受不了呀！

當然啦，要實現可見光通信我們就得使用一種發光二極管，也就是我們常說的LED。它由含鎵、砷、磷、氮等的化合物制成，通過電子與空穴復合釋放能量來發光，響應時間是納秒級，而且還能承受高頻率的反復開關。實驗室的數據顯示，LED 燈泡在傳輸信息數據的時候，其燈泡的閃爍頻率可高達每秒數百萬次。

僅有LED 燈泡也是不夠的，我們還需要將一個微小的芯片植入LED 燈泡里面，讓它成為一個類似Wi-Fi 熱點的設備，以方便我們使用的手機、平板電腦等終端設備能夠與之連接。

然而，我們利用LED 燈泡發出的光脈沖作為傳輸信息的載體，雖然只要光能照射到的地方都可以實現無線上網，但是在不需要照明的情況下，會不會形成資源的浪費呢？

這個問題你也大可放心。原來，LED燈泡發出的光的波長范圍比較廣，我們只要在不需要照明的情況下，將LED 燈泡的光的亮度設定在人眼無法識別的程度即可，而此時信息數據的傳輸仍然不會受到任何影響。

可見光的通信網絡

可見光網絡的前景十分廣闊。首先，可見光頻譜的寬度是射頻頻譜的一萬倍。其次，全球目前大約有140 億盞電燈在使用，可見光通信技術一旦投入使用，理論上來說每一盞燈泡都可以成為互聯網的接入點。因此，到時候可以說，只要有燈光的地方，就會有無線網絡覆蓋。

我們目前已經研究成功的可見光通信技術，一般是用頻率為400 THz～750 THz 的可見光作為通信媒介完成信息傳送的。THz是波動頻率單位之一，又稱為太赫，或太拉赫茲，一般用于表示電磁波頻率。

那么，這就意味著移動終端設備不但需要安裝光敏接收器才能接收到LED 燈泡通過快速閃爍傳遞的二進制編碼，并且還需要一張計算機能夠識別和理解的字母表。我們可以簡單地將其看成用火把來發送摩斯密碼，所以對于接收信息的終端設備來說，還需要安裝一些新的光識別設備。

研究發現，在可見光通信過程中確實存在著通信盲區。簡單地說，就是你的手機從一個LED 光源接入互聯網轉入從另外一個LED 光源接入互聯網的時候，很可能會出現手機掉網的情況。這有沒有什么解決的辦法呢？

當然有啦。早在2013 年，我國企業便申請了“一種可見光通信設備及終端設備在接入點的切換方法”的發明專利。簡單地說，就是通過技術手段使得我們的通信終端，如手機等，能夠通過識別碼區分不同接入點的信號強度及其他接入信息，然后通過計算，讓通信終端自主選擇信號更好的接入點來連接互聯網。

可見光通信技術的優勢

可見光通信技術的實施，利用的是無處不在的燈光。因此，我們在幾乎不需要大量資金投入新的基礎設施建設的情況下，便可以實現可見光網絡全覆蓋。

傳統的無線通信技術（Wi-Fi），不但需要能量密集的設備，并且隨著無線互聯網用戶數量的不斷擴大，我們可用的射頻頻譜也會變得越來越少。比如說，你在節假日到人山人海的景區或者生意興隆的餐廳就會發現，如果使用Wi-Fi 或者是3G 網絡，那很可能就是一次龜速上網的悲慘經歷。

另外，可見光通信技術的網絡連接私密性極好。你只要關好門窗，拉上窗簾，隔斷光傳播的路徑，那么即便是再厲害的黑客也只能望洋興嘆。

同時，在水下等無線電波無法傳播的地方，可見光通信技術的優勢就更為明顯了。目前，可見光通信技術已經在一些飛機上實現了應用，在不影響飛機設備的電磁波頻率下，可以讓乘客的手機或筆記本電腦實現上網。

不過，可見光通信技術仍然還有缺陷。因為可見光不能穿透障礙物，所以你如果是在家具背后或者另外一間屋子里就無法使用它。

科學家們認為，至少在目前我們還不能完全依靠可見光通信技術來實現無線聯網。也就是說，無線通信技術（Wi-Fi）和可見光通信技術（Li-Fi）應該雙向配合地存在。當可見光信號被阻斷的時候，你的通信終端設備能夠快速轉接到無線通信網絡來接入互聯網。

每一種新技術的出現，都必然是從發明到使用并在使用中逐步成熟的過程。相信在不久的將來，可見光通信技術必定會將無線數據傳輸變得更加方便、安全和高效。