用光上网的LiFi
将网络信号接入一盏1瓦特的LED灯珠,转换成灯光信号发送出去,灯光下的4台电脑可以同时上网,十分流畅地播放着影片;倘若用手遮挡灯光,电脑画面就会“卡”,直至掉线停播——这样的上网方式,新鲜神奇,却又近在眼前。10月17日,一种利用屋内可见光传输网络信号的国际前沿通讯技术LiFi在复旦大学实验室成功实现。以后再也不需要无线路由器来传输信号,只需一盏LED灯,就能实现网络传输。
用光传输的“莫尔斯码”
10月21日,该课题组的负责人迟楠教授向媒体展示了用光上网的全过程。实现灯光上网的设备很简单,两个黑色的盒子和一台笔记本电脑。黑盒子上分别安装了一个滤镜和一组LED灯。
电脑既没连接网线,也搜不到无线信号,在桌面上显示没有网络连接的状态。但是,当实验人员启动两个黑盒子,并在电脑上输入相关程序之后,电脑上的网络信号就出现了。打开网页上的在线视频,能够流畅播放。但是,当人用手遮挡LED灯的时候,画面就出现了马赛克,视频卡顿。再把手拿开,视频又继续播放。
据迟楠介绍,研究团队目前设计了10台样机都比较稳定,如果不遮挡LED的话,可以连续播放高清电视一天都没有问题。而且使用的LED并不是什么特殊装备,而是普通的1瓦特的商用灯芯,一组三个,一个10块钱左右。
是什么原理能够让LED发射网络信号,为什么只能使用LED灯呢?迟楠解释说,受发光原理的限制,LED灯与白炽灯、日光灯和普通的节能灯不同,能够频繁地闪烁。当灯光闪烁的频率高于1000次/秒时,人眼就感受不到了。而在这高频率的一开一关中,能够传递出二进制编码“0”、“1”构成的数据。这样一来,通过特制的接收装置,电脑读懂光线里的“莫尔斯码”,就实现了灯光上网。
当然,仅靠LED灯自身的闪烁频率还不够。毕竟LED是用来照明而不是通信,一般LED灯闪烁频率,是无法达到流畅上网的速率。所以就要增加灯光闪烁的频率,这时两个黑盒子就起到了关键作用。盒子里面有很多电学元件和光学软件,作用之一就是给LED装上编码调制驱动电路,控制它每秒闪烁百万次,使灯芯快速传播二进制编码,保证上网的速度。目前,迟楠团队掌握的灯光上网技术,已经实现了实时系统平均上网速率为150M,和家里常用的WiFi速率相当。
LiFi只会是WiFi的补充
尽管如今的网络上充斥着复旦大学首创LiFi的新闻,但是,早在2000年,日本研究者就提出利用LED作为通信基站进行信息无线传输的室内通信系统。而LiFi的命名则来自于英国爱丁堡大学的教授哈罗德·哈斯在2011年全球科技娱乐设计大会上的发言。
不仅如此,在稍早于迟楠团队几天的10月11日,哈斯教授团队就将第一台灯光上网系统安装在伦敦贝克斯利商业学院,对外演示了直播伦敦市长鲍里斯·约翰逊的一段讲话。尽管非复旦大学首创,但说迟楠团队在灯光上网领域达到国际领先并不为过。
尽管LiFi技术看起来很炫,但我们为什么要研究和使用它呢?在迟楠看来,LiFi最大的优势在于带宽和速率上。网速除了受到本身网络的影响,还会受到无线路由器的影响。比如,现在入户的百兆网络,有些家庭就因为路由器不支持,而达不到百兆,需要更换路由器。随着将来网速的不断提升,WiFi受到的挑战就越严峻。在这一点上,LiFi因为其调制在可见光谱上,比WiFi的无线电谱大10000倍,有着更广阔的空间。另一方面,因为可见光的可遮挡性,可以避免“蹭网”,具有安全价值。而且它不会产生辐射。另外就设备而言,理论上未来的LiFi只是LED灯泡加微芯片,这样的设备更有其隐蔽性和美观性。
我国著名通信业观察家项立刚也对LiFi抱有希望。因为无线频谱资源是一个非常有限的资源,就像石油,越用越少;而光的资源确实广阔的,就像风能、太阳能。从大的方向来说LiFi还是非常有前景的。
但LiFi的缺陷是显而易见的。人们为了上网而天天开着灯,显得有些荒唐。而且当你抱着iPad去厕所的时候,它肯定没有信号了。不能绕射、无法穿墙,是LiFi安全性的体现,也是它不便利的缺陷。
迟楠也坦言,从现在来看LiFi可能更多的是作为WiFi的补充。比如会受到无线电波干涉的飞机上或水下,就可以利用灯光上网。担心辐射的手术室,也可以使用LiFi。
哈斯团队就已经向美国一家医疗机构售出了灯光上网设备,价值5000欧元(约合4200元人民币)。但是,迟楠认为,LiFi实现产业化还有很长的路要走,特别是一些技术问题还没有解决。
两个黑盒子要比路由器麻烦的多,它的理想形式应该只是植入了特殊芯片的灯泡。更重要的一点是,LiFi如今只能下载不能上传,没有形成完整的通信。如果要回传,也需要终端上安装一个灯泡,这显然还不太现实。
不断演进的上网方式
自从网络的出现,人们一直在寻找一种方便快捷的上网方式。从最早期的电话线上网,到最普及的有线宽带上网(ADSL),再到现如今最流行的WiFi上网,再到仍在探索阶段的电线上网和灯光上网。
众所周知,电话线上网因其狭窄的带宽和缓慢的网速已经淘汰。有线宽带上网依旧是最为普及,但由于无线上网的流行,没有人再把网线直接插在终端上。未来的ADSL极有可能是直接按在家里的无线路由终端。从这样的演进方式来看,我们的上网变得越来越简单,而上网的设备也变得越来越小。按照这一思路,电线上网和灯光上网明显符合趋势。灯光上网直接把设备放在灯泡里。而电线上网,则是将网线直接放入我们的电线中,也就是说只要把终端连接电源插座也就有了网络。这样一来,家里的冰箱、洗衣机都能上网,给物联网带来了便利。
但是从1998年就试验成功的电线上网,至今商用步伐仍非常缓慢。其困难就在于,用电负荷的变化,会影响用户的网络质量。比如,在用电高峰或开关电器时,会影响网络传输质量。无论是电线上网还是灯光上网,它们距离商用、进入我们的家庭还有很多技术难关需要攻克。但是这种使人们上网越来越方便的追求和目标是不会妥协的。
1.传送数据的电脑或服务器连接在通过电力线通信插头的输电系统上
2.数据通过宽带到输电系统上,以传向LED灯
3. LED灯被电脑控制、固定运行模式)。电能被转化为光能
4. 每秒钟光束被开启关闭上万次。人的肉眼是看不到这一频率变化的
5. 接受这些数据的电子设备(电脑、电话、平板视频、打印……)必须拥有相应的图像显示功能和数据处理系统
数据只能在光照范围内被获取到