圖一 : Harald Haas發(fā)表了利用LED燈泡所完成的Li-Fi。

能夠想象的到，無須安裝無線基地臺(tái)，只要利用目前家中電燈泡，并將每一個(gè)燈泡當(dāng)作熱點(diǎn)（Hot Spot）就能達(dá)到比現(xiàn)今Wi-Fi快100倍的高速無線通信嗎？這樣的夢想已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了，更可以邁入實(shí)用化，這樣的技術(shù)被稱為Li-Fi（Light Fidelity）。

在TEDGlobal中，哈洛哈斯（Harald Haas）首度發(fā)表了能夠?qū)崿F(xiàn)這一理想的實(shí)物， 借助單一個(gè)LED所發(fā)出人眼無法察覺的高頻閃爍光，可以傳送比目前基地臺(tái)更大的數(shù)據(jù)量。

Li-Fi是可視光通訊的一種。相信第一代的公眾可視光通訊應(yīng)該是2700多年前的周朝，在建筑了一座一座的烽火臺(tái)后，利用烽火通信的方法，向國都發(fā)出報(bào)警訊息，而天子也利用烽火，召集各路諸侯出兵衛(wèi)國。時(shí)至今日，公眾可視光通訊技術(shù)已經(jīng)可以利用一顆小小的電燈泡來完成，和Wi-Fi同樣具有高速、雙向的網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)通訊能力，由于光無法穿透墻壁，作為數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)更具安全性，而且成本也比Wi-Fi便宜10倍。因此在傳輸方面將更為安全、以及具有極低被干擾的能力。如表一，為針對Li-Fi與Wi-Fi的比較。

圖二 : 房中的每個(gè)房間都需要一個(gè)支持Li-Fi的照明設(shè)備。

表一: Li-Fi與Wi-Fi的比較。(●：低●●：中 ●●●：高)

將互聯(lián)網(wǎng)帶向另一個(gè)革新的境界
設(shè)立于愛沙尼亞的Velmenni，已經(jīng)完成全球第一個(gè)驗(yàn)證了，利用電燈泡可將傳輸數(shù)速率提高到1Gb，這樣的速度已經(jīng)是Wi-Fi的100倍，如果下載一部HD影片的話，只需要數(shù)秒的時(shí)間就可以完成。Velmenni并且推論，根據(jù)在研究室中的實(shí)驗(yàn)，Li-Fi最快更可以達(dá)到224Gb的速度。事實(shí)上，這樣的速度，經(jīng)牛津大學(xué)研究人員實(shí)驗(yàn)室測試，傳輸速度是可到每秒224 Gb，快到差不多可以一秒下載18部1.5 GB 的電影，透過這樣的傳輸速度與便利性，預(yù)計(jì)將會(huì)把Internet帶向另一個(gè)革新的境界。

2013年，中國的復(fù)旦大學(xué)也實(shí)驗(yàn)了借助LED燈光來進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳遞。復(fù)旦大學(xué)的研究人員室將網(wǎng)絡(luò)訊號(hào)接入一盞1W的LED燈中，在這個(gè)燈光下，成功的使4臺(tái)計(jì)算機(jī)可同時(shí)上網(wǎng)，并且測得最高速率可達(dá)到3.25G，平均上網(wǎng)速率達(dá)到150M。

圖三 : 根據(jù)Li-FI聯(lián)盟技術(shù)說明，Li-Fi技術(shù)使用IR傳輸技術(shù)，可在10米內(nèi)提供最高10Gpbs的速度。

做為4G下一代的移動(dòng)通訊規(guī)格，不只能應(yīng)用在智能手機(jī)，并且能在PC端完全導(dǎo)入，而這被稱為第5代移動(dòng)通訊系統(tǒng)的研究工作，即使LTE技術(shù)尚未在全球形成完全普及應(yīng)用的環(huán)境，但下一世代的通訊技術(shù)的發(fā)展與驗(yàn)證已經(jīng)展開進(jìn)行了。

期望成為第5代移動(dòng)通訊系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)，至少要具備了幾項(xiàng)特點(diǎn)，包括了：

1.最大能達(dá)到20Gbp的傳輸速度。也就是目前LTE的1000倍大容量傳送能力。

2.同步多方連接能力。要能夠具有同時(shí)連接100倍終端設(shè)備的能力。

3.超低延遲，延遲時(shí)間必須低于1毫秒。

就以Velmenni的實(shí)驗(yàn)與發(fā)表，目前Li-Fi的技術(shù)似乎已經(jīng)快要接近第5代移動(dòng)通訊系統(tǒng)的期望值。未來3到5年內(nèi)Li-Fi可望推向家用市場，讓消費(fèi)者也可以透過燈泡連上網(wǎng)絡(luò)。

千億美元市場規(guī)模

據(jù)Grand View Research的研究報(bào)告中預(yù)估，全球可見光通訊∕無線光通訊市場，在2024年預(yù)計(jì)達(dá)到1013億美元的規(guī)模。具有低功耗、與網(wǎng)絡(luò)安全的特點(diǎn)，將帶動(dòng)先進(jìn)通訊系統(tǒng)與可見光通訊的發(fā)展，預(yù)計(jì)將在無線通信的領(lǐng)域中占有一席之地。當(dāng)然，目前這一技術(shù)發(fā)展目前還在起步中，相信只會(huì)針對一些利基型的應(yīng)用提供服務(wù)，但是Grand View Research認(rèn)為，在持續(xù)的研發(fā)投入下，將有助于可見光通訊∕無線光通訊擴(kuò)大市場的規(guī)模，并且吸引更多的業(yè)者參與此一技術(shù)。

圖四 : 2013-2024年美國VLC應(yīng)用市場占有率。（Source：Grand View Research；單位：百萬美元）

雖然在部分的技術(shù)層次Li-Fi具有相當(dāng)?shù)臐摿π?，市場也看好著此一發(fā)展趨勢，不過，由于是采用光線進(jìn)行通訊，因此Li-Fi也存在著先天的問題點(diǎn)，在普及應(yīng)用之前，這些問題點(diǎn)還是需要被克服。

例如，在日光直射的環(huán)境下，或者是被強(qiáng)光瞬間或長期照射的環(huán)境下，Li-Fi的通訊能力幾乎就不存在，這是因?yàn)槟壳八捎玫墓鈧鞲衅?，沒有辦法接收到來自光通訊組件所傳送出來的訊號(hào)。此外，還有空間的環(huán)境也會(huì)影響Li-Fi的通訊能力，就像經(jīng)常有家具搬動(dòng)，以及隨時(shí)出現(xiàn)影子干擾的起居室，被移動(dòng)的部分家具互許也會(huì)將Li-Fi的訊號(hào)遮住，使得通訊出現(xiàn)中斷的情況，因此，在Li-Fi的擺設(shè)位置上也需要被細(xì)心的考慮。

蘋果將支持Li-Fi技術(shù)？

目前iPhone∕iPad的無線技術(shù)可以支持最快802.11a/b/g/n/ac Wi-Fi，并具備MIMO（Multi Input Multu Output）技術(shù)，使得Wi-Fi速度可快達(dá)866 Mbps。但是，蘋果對于在進(jìn)行設(shè)計(jì)的未來幾代產(chǎn)品中，似乎不滿足這樣的傳輸速率。

根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的訊息，經(jīng)由一位網(wǎng)絡(luò)用戶Chase Fromm所發(fā)表的一篇貼文中，提到了他在iOS 9.1的代碼中，發(fā)現(xiàn)到在各個(gè)Capability項(xiàng)目中出現(xiàn)了“LiFiCapability”的字眼，由此可見蘋果應(yīng)該早已展開支持 Li-Fi 技術(shù)的開發(fā)，否則便不會(huì)在 iOS 內(nèi)加入相關(guān)的訊息。


因此，業(yè)界相信蘋果似乎正在為未來的iPhone進(jìn)行 Li-Fi 測試。同時(shí)，蘋果也申請了一項(xiàng)關(guān)于光調(diào)變影像傳感器的專利。專利內(nèi)容描述了，一個(gè)傳感器可利用光學(xué)轉(zhuǎn)換影像捕捉與數(shù)據(jù)捕捉模式，并無須其他額外的硬件。也就是說，將為iPhone提供能捕捉Li-Fi光訊號(hào)的專利，能夠在影像拍攝及數(shù)據(jù)收發(fā)上互相切換，這也就可以想象到鏡頭內(nèi)將具備 Li-Fi 收發(fā)裝置，但由于目前Li-Fi 技術(shù)仍未普及，而且市場上亦缺乏相關(guān)的發(fā)射裝置，所以一般估計(jì)要再過一到兩代才會(huì)出現(xiàn)。

PureLiFi公布三個(gè)版本的Li-Fi系統(tǒng)

根據(jù)Harald Haas對于Li-Fi的原理說明，當(dāng)定電流流過LED燈泡后，LED燈泡就可產(chǎn)生可視光的光能源。如果讓電流出現(xiàn)強(qiáng)弱變化的話，光的強(qiáng)度也會(huì)隨之變化。由于LED燈泡是半導(dǎo)體的制品，因此可以利用光傳感器來偵測電流和光的變化，所以只要針對電流進(jìn)行強(qiáng)弱變化，那么就可以達(dá)到超高速的調(diào)變能力。

在高速的光調(diào)變下，人的眼睛是無法判別或發(fā)現(xiàn)的，這就像高頻無線通信下，人的眼睛也沒有辦法看到的意思是一樣的。因此，借助這樣的原理，數(shù)據(jù)量就可以利用LED燈泡來進(jìn)行高速通訊。因此Li-Fi是使用400到 800 THz光源以二進(jìn)制方式傳遞數(shù)據(jù)，在實(shí)驗(yàn)環(huán)境下最高可達(dá)到每秒224 Gb傳輸量，即使離開實(shí)驗(yàn)室到現(xiàn)實(shí)工作環(huán)境下也能實(shí)現(xiàn)每秒1 Gb的高速度。

而由Harald Haas所創(chuàng)建的PureLiFi也正積極的與Cisco、Lucibel和LiFi Network進(jìn)行合作，共同開發(fā)以Li-Fi為基礎(chǔ)的光無線傳輸產(chǎn)品。到目前為止共發(fā)表了三代的Li-Fi系統(tǒng)技術(shù)。

PureLiFi在2014年推出了第一代技術(shù)Li-ist，2015年推出了第二代Li-Flame，2016年推出了第三代LiFi-X。LiFi-X APs（接入點(diǎn)）支持PoE（以太網(wǎng)供電）、PLC（電力線通信）以及LED照明產(chǎn)品。2016年12月，PureLiFi已經(jīng)將數(shù)據(jù)傳輸速率從原來的5Mbps提高到10Mbps，進(jìn)一步提高到40Mbps，使得Li-Fi成為Wi-Fi技術(shù)的有效補(bǔ)充。經(jīng)三代技術(shù)發(fā)展后，PureLiFi已確立其技術(shù)方向，以最新的LiFi-X產(chǎn)品為例，包含全雙工（Full-Duplex）的收發(fā)傳輸模式、可支持PoE、PLC等；其中，接入點(diǎn)（AP）發(fā)射端對應(yīng)至LED照明具有安裝容易優(yōu)勢，網(wǎng)站（STA）接收端具體積小、直接與NB及個(gè)人裝置等鏈接，達(dá)商品化應(yīng)用階段。

圖六 : PureLiFi發(fā)表了第一代的小型Li-Fi系統(tǒng)產(chǎn)品-LiFi-X。

圖七 : 接收端具體積小、可直接與NB及個(gè)人裝置等鏈接。

新加坡積極發(fā)展Li-Fi技術(shù)

PureLiFi也和新加坡媒體信息通信發(fā)展管理局（IMDA）合作，進(jìn)行Wi-Fi的替代技術(shù)Li-Fi，IMDA也核準(zhǔn)在新加坡展開Li-Fi測試。另外，IMDA公布免除與Li-Fi測試所需400THz至800THz頻段的頻率費(fèi)用，以便鼓勵(lì)和促進(jìn)在新加坡進(jìn)行的測試。同時(shí)，新加坡國家投資機(jī)構(gòu)淡馬錫控股，在2016年更對PureLiFi進(jìn)行了700萬英鎊的B輪融資。

而新加坡科技研究局和國立大學(xué)的研究人員，合作開發(fā)了一款可選波長的光傳感器，能夠偵測到被包含在白光中的藍(lán)光波段，使得在Li-Fi基礎(chǔ)下，上網(wǎng)速度從5MHz提高到20MHz。在感測白光在450nm和560nm的波段，所分析出的黃光光譜中，發(fā)現(xiàn)到藍(lán)光的衰減時(shí)間為1.4ns，較黃光發(fā)射的54.4ns更快許多。

這也就代表著，藍(lán)光能以較黃光更快的速度進(jìn)行開啟和關(guān)閉，而寬帶的光傳感器最終取得訊號(hào)的最慢公分母，減緩上升和下降時(shí)間?；谶@樣的原理，新加坡的研究人員設(shè)計(jì)了一款具有V型凹槽紋理的表面的綠光氮化銦鎵（InGaN） LED作為接收器，來提高InGaN LED主動(dòng)層的峰值響應(yīng)度。

圖八 : 新加坡研究人員利用InGaN開發(fā)出一款具有V型凹槽紋理的LED。

印度計(jì)劃應(yīng)用在航空器上

長久以來乘客在搭乘飛機(jī)時(shí)要求使用無線通信，一直是航空公司、飛機(jī)制造業(yè)者，以及航空管理單位甚為頭痛的問題，由于利用微波做為數(shù)據(jù)傳輸載體的無線通信，雖無法證實(shí)的確會(huì)影響飛行安全，但因?yàn)槲⒉òl(fā)射時(shí)功率的關(guān)系，大多航空公司都拒絕了乘客在搭乘航空器時(shí)使用無線通信產(chǎn)品，因此印度的 Velmenni便針對航空器環(huán)境開發(fā)了Li-Fi相關(guān)產(chǎn)品，計(jì)劃在2017年推出。

Velmenni相信，為了保護(hù)航空電子設(shè)備免受無線信號(hào)干擾，Li-Fi技術(shù)絕對是一個(gè)安裝選項(xiàng)。這就意味著可以在飛機(jī)機(jī)艙內(nèi)建立一個(gè)以Li-Fi為基礎(chǔ)的局域網(wǎng)絡(luò)，除了可以為乘客提供娛樂節(jié)目之外，并讓支持Li-Fi機(jī)制的手機(jī)和計(jì)算機(jī)連接上網(wǎng)。目前，Velmenni正與歐洲大型飛機(jī)制造廠商空中巴士進(jìn)行合作，提供一架飛機(jī)機(jī)艙實(shí)體模型，讓Velmenni進(jìn)行安裝和測試Li-Fi網(wǎng)絡(luò)，Velmenni計(jì)劃使用乘客的閱讀燈來傳送信號(hào)。

目前Velmenni有三個(gè)不同的產(chǎn)品，包括了Li-Fi傳輸器、INTERENT HUB和MESH HETWORKING。2015年3月Velmenni已經(jīng)用該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了10公尺內(nèi) 1Mbps的傳輸速度。2015年11月，更以最快1GBps的速度發(fā)送數(shù)據(jù)。Velmenni表示，世界上很多地方還達(dá)不到1Mbps每秒的速度，在進(jìn)行成果轉(zhuǎn)化和商業(yè)化的時(shí)候，會(huì)考慮在不同應(yīng)用范圍內(nèi)的限制性，例如飛機(jī)上由于數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶厥庑?，可能在設(shè)計(jì)解決方案這方面要進(jìn)行調(diào)整，而不是光考慮到速度的問題。

圖九 : Velmenni計(jì)劃利用航空器內(nèi)的燈光來完成以Li-Fi為基礎(chǔ)的局域網(wǎng)絡(luò)。

三至四年 Li-Fi可望商業(yè)化

PureLiFi的首席運(yùn)營官（COO）Harald Burchardt也公開的表示，"我們已經(jīng)在與多家智能手機(jī)、平板計(jì)算機(jī)和筆記本電腦的潛在客戶展開相關(guān)的合作，目標(biāo)是開發(fā)可以用于這些設(shè)備的芯片。我們的長期目標(biāo)是向設(shè)備廠商供應(yīng)零組件。"

雖然如此，但是對于想購買并且應(yīng)用Li-Fi技術(shù)產(chǎn)品的用戶，可能還得耐心地等待一段時(shí)間。

目前尚不清楚PureLiFi是否會(huì)制造Li-Fi本身所需要的芯片組，或者與其伙伴合作。不過，PureLiFi正在與其他利益相關(guān)者積極合作，制定Li-Fi標(biāo)準(zhǔn)，確保各個(gè)設(shè)備的性能一致，做到像Wi-Fi標(biāo)準(zhǔn)一樣。

雖然過去幾年，LED不斷的自我提升亮度、使用壽命與降低耗電量，使得LI-FI系統(tǒng)的推廣將會(huì)有更大的幫助，并且成為LI-FI系統(tǒng)的關(guān)鍵組件之一。但由于這樣的技術(shù)下，擔(dān)任傳輸媒介的光線，是透過空氣傳播，而不是倚靠有形的光纖傳輸，因此如何能準(zhǔn)確傳送信息，以及避免難以預(yù)估的各種干擾，這在技術(shù)上還是有一定的困難度與局限，再加上相關(guān)搭配得組件及模塊尚未成形，因此現(xiàn)階段還難以完全商用化，不過有部分專家相信，Li-Fi的無線傳輸技術(shù)將會(huì)在未來三到四年內(nèi)達(dá)到商業(yè)化的階段，因此這一項(xiàng)工程還需仰賴包括光源組件、調(diào)變技術(shù)、感測技術(shù)等等各方面的能力配合，才能期待Li-Fi的普及之路是在不久的將來。