在我們?nèi)粘Ｉ钪?，Wi-Fi幾乎成為不可或缺的基礎(chǔ)設(shè)施。從家庭網(wǎng)絡(luò)到辦公室通信，從學(xué)校教室到咖啡館，隨處可見(jiàn)它的存在。然而，隨著數(shù)據(jù)需求的急劇增長(zhǎng)，傳統(tǒng)Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)開(kāi)始面臨擁堵、干擾和安全等方面的挑戰(zhàn)。

（圖片來(lái)源：[1]）

在這種背景下，一種新興的無(wú)線通信技術(shù)——Li-Fi（可見(jiàn)光通信）正在嶄露頭角。它不僅讓我們重新思考“光”的用途，也可能徹底顛覆未來(lái)的網(wǎng)絡(luò)通信方式。那么，Li-Fi到底是什么？它如何工作？能否真正取代Wi-Fi？又有哪些令人期待的應(yīng)用場(chǎng)景？

什么是Li-Fi技術(shù)？

Li-Fi，全稱是Light Fidelity，中文一般稱為“光保真”或“可見(jiàn)光無(wú)線通信”。它是一種利用可見(jiàn)光波段進(jìn)行高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o(wú)線通信技術(shù)，與傳統(tǒng)的Wi-Fi不同，Li-Fi并不依賴無(wú)線電波，而是通過(guò)光線進(jìn)行信息的發(fā)送和接收。

Li-Fi通過(guò)光線進(jìn)行信息的發(fā)送和接收（圖片來(lái)源：[3]）

這項(xiàng)技術(shù)最早由愛(ài)丁堡大學(xué)教授哈拉爾德·哈斯（Harald Haas）于2011年在TED演講中提出，并提出了一個(gè)大膽設(shè)想：“燈泡能否成為未來(lái)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)基站？”隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，這個(gè)曾經(jīng)聽(tīng)起來(lái)近乎幻想的設(shè)想，正一步步變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。

TED大會(huì)上的哈斯教授（圖片來(lái)源：[4]）

Li-Fi的工作原理

Li-Fi的原理可以歸結(jié)為四個(gè)字：“光調(diào)制通信”。核心機(jī)制是利用LED燈發(fā)出的可見(jiàn)光進(jìn)行高速調(diào)制。所謂“調(diào)制”，就是將數(shù)字信息（0和1）轉(zhuǎn)換成燈光的閃爍信號(hào)。LED燈由于響應(yīng)速度極快，可以每秒閃爍數(shù)百萬(wàn)次以上，而人眼根本無(wú)法察覺(jué)這種高頻率的變化。

Li-Fi技術(shù)基本原理（圖片來(lái)源：[2]）

在實(shí)際通信中，數(shù)據(jù)通過(guò)控制燈泡的亮滅來(lái)進(jìn)行傳輸。例如，亮表示1，滅表示0，連續(xù)的明暗變化形成一個(gè)完整的二進(jìn)制數(shù)據(jù)流。這些變化由接收端的光電傳感器（如光電二極管或圖像傳感器）檢測(cè)并解碼，最終轉(zhuǎn)換成圖像、文字、視頻等可以理解的信息內(nèi)容。

Li-Fi系統(tǒng)組成與框架（圖片來(lái)源：[1]）

需要注意的是，Li-Fi并不一定非得依賴可見(jiàn)光。在一些應(yīng)用場(chǎng)合中，也可以使用紅外線或紫外線作為通信載體，只要它們可以被發(fā)射和感知，就能成為傳輸媒介。

與傳統(tǒng)無(wú)線電波相比，光的波長(zhǎng)更短、頻率更高，因而具備更高的數(shù)據(jù)承載能力。理論上，一個(gè)Li-Fi信道的帶寬是Wi-Fi的數(shù)千倍，能夠?qū)崿F(xiàn)超高速的數(shù)據(jù)通信。

Li-Fi的優(yōu)勢(shì)與劣勢(shì)

Li-Fi技術(shù)雖然令人興奮，但它并非十全十美，也面臨一些物理和現(xiàn)實(shí)層面的限制。它的優(yōu)點(diǎn)和局限性在不同應(yīng)用場(chǎng)景中表現(xiàn)得尤為明顯。

在優(yōu)點(diǎn)方面，首先是極高的數(shù)據(jù)傳輸速率。在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中，Li-Fi的理論速度可以超過(guò)200Gbps，遠(yuǎn)高于目前主流Wi-Fi的傳輸水平。其次，Li-Fi擁有更寬廣的可用頻譜。傳統(tǒng)Wi-Fi使用的是2.4GHz和5GHz的無(wú)線頻段，而可見(jiàn)光頻段寬達(dá)數(shù)百THz，資源更豐富，也能大大減少信道擁堵。

第三個(gè)優(yōu)勢(shì)是通信安全性更高。由于光線無(wú)法穿墻，Li-Fi的信號(hào)被自然限制在一個(gè)封閉空間內(nèi)，這使得數(shù)據(jù)泄露和“蹭網(wǎng)”的風(fēng)險(xiǎn)大大降低，適用于對(duì)保密性要求極高的場(chǎng)所，比如軍事、金融和醫(yī)療系統(tǒng)。

Li-Fi的優(yōu)勢(shì)（圖片來(lái)源：[5]）

此外，Li-Fi不會(huì)產(chǎn)生電磁干擾，可用于醫(yī)院、飛機(jī)等對(duì)無(wú)線信號(hào)敏感的環(huán)境。同時(shí)，Li-Fi還具有雙重利用率高的特點(diǎn)：照明與通信合二為一，大大節(jié)省能源和基礎(chǔ)設(shè)施。

然而，Li-Fi的局限也同樣明顯。最顯著的問(wèn)題在于其對(duì)光照環(huán)境的依賴。通信必須在“見(jiàn)光”的條件下進(jìn)行，一旦光線被遮擋或燈被關(guān)閉，網(wǎng)絡(luò)連接就會(huì)中斷。此外，Li-Fi也無(wú)法穿透墻體和障礙物，信號(hào)傳播范圍受限，需要在每個(gè)房間都安裝獨(dú)立的Li-Fi發(fā)射裝置，才能實(shí)現(xiàn)全面覆蓋。

Li-Fi信號(hào)被限制在一個(gè)封閉空間內(nèi)（圖片來(lái)源：[7]）

其次，目前的消費(fèi)級(jí)設(shè)備（如手機(jī)、筆記本電腦）普遍未配備Li-Fi接收器，普及尚需時(shí)日。此外，由于LED燈在調(diào)光時(shí)用于傳輸數(shù)據(jù)，可能會(huì)受到光源亮度變化的限制，夜間或昏暗場(chǎng)景下的使用體驗(yàn)仍需進(jìn)一步優(yōu)化。

Li-Fi的應(yīng)用場(chǎng)景

盡管仍處于發(fā)展初期，Li-Fi已經(jīng)在多個(gè)垂直行業(yè)中顯示出其獨(dú)特的應(yīng)用價(jià)值，尤其是在那些Wi-Fi難以勝任的場(chǎng)景中。

在醫(yī)療領(lǐng)域

Li-Fi可用于手術(shù)室、ICU等要求無(wú)電磁干擾的空間中，實(shí)現(xiàn)無(wú)干擾、高速的數(shù)據(jù)交換，有助于提高醫(yī)療設(shè)備的互聯(lián)效率和數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性。

在航空領(lǐng)域

Li-Fi可以解決飛行中無(wú)法使用Wi-Fi的問(wèn)題，為乘客提供穩(wěn)定、安全的上網(wǎng)體驗(yàn)，甚至可實(shí)現(xiàn)座艙內(nèi)各系統(tǒng)的高速通信。

Li-Fi可以解決飛行中無(wú)法使用Wi-Fi的問(wèn)題（圖片來(lái)源：[8]）

在智慧城市和智能家居中

Li-Fi有望成為“照明即通信”的重要基礎(chǔ)設(shè)施。未來(lái)的街燈、寫字樓吊燈甚至汽車前大燈都可以成為數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)城市信息的廣泛傳輸和設(shè)備之間的互聯(lián)。通過(guò)Li-Fi，冰箱、空調(diào)、電視等家用電器可以更智能地與環(huán)境互動(dòng)，實(shí)現(xiàn)“物聯(lián)網(wǎng)”真正意義上的互聯(lián)互通。

可見(jiàn)光信號(hào)隱式傳播，能夠達(dá)到AR交互的效果（圖片來(lái)源：[6]）

在室內(nèi)定位方面

此外，Li-Fi在室內(nèi)定位方面也展現(xiàn)出驚人潛力。利用每一盞燈的位置坐標(biāo)，可以為博物館、商場(chǎng)、圖書館等提供比GPS更精確的導(dǎo)航服務(wù)，幫助用戶快速定位目標(biāo)位置，提升使用體驗(yàn)。

Li-Fi的潛在應(yīng)用（圖片來(lái)源：[5]）

未來(lái)的某一天，也許你只需打開(kāi)一盞燈，就能完成高質(zhì)量的視頻會(huì)議、資料下載甚至多終端協(xié)作。燈光，不再只是照明的象征，而將成為數(shù)字生活的入口。

參考文獻(xiàn)

[1]https://mp.weixin.qq.com/s/VQtnmpfJC-1-TmddSxusUQ

[2]https://mp.weixin.qq.com/s/Ms6oeC7v9Y5OgaWWrg1_FQ

[3]https://mp.weixin.qq.com/s/VWVnioYa1K4wOA4o-9lhwQ

[4]https://mp.weixin.qq.com/s/1Q6PUhYh-lpGubiin9DyZQ

[5]https://mp.weixin.qq.com/s/neez85chMICu9yXKc7cJyQ

[6]https://mp.weixin.qq.com/s/TJHSBNrUDcbn4mh50vae6Q

[7]https://mp.weixin.qq.com/s/J33HQIHRS9Eukd2ZyhIHlA

[8]https://mp.weixin.qq.com/s/Kv9DJXnSgtgVyarXj9qCNw

[9]韋艷梅,李登輝.基于LiFi的健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[J].電子質(zhì)量,2024,(12):41-44.

[10]李若冰.基于LiFi技術(shù)的復(fù)合光通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),2023,13(12):42-45.DOI:10.16667/j.issn.2095-1302.2023.12.011.

來(lái)源：力學(xué)科普

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