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                    《科學畫報》

                    開博時間:2016-07-01 14:43:00

                    由中國科學社于1933年8月創刊,距今已有80年的歷史?!犊茖W畫報》在80年的辦刊歷程中,形成了通俗生動、圖文并茂地介紹最新科技知識,形式多樣地普及科學技術的特點,對提高廣大群眾的科學水平,啟發青年愛好科學、投身科學事業起了很大的作用,當今的不少著名學者、教授、科學家,青少年時代都曾受到它的熏陶和啟發。

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                    Li-Fi,有光照就有網絡

                    2019-08-08 02:50:00

                      眾所周知,Wi-Fi(無線保真)的橫空出世對智能手機、平板電腦等各種移動通信終端的使用產生了巨大影響,員工可以在公司任何地方訪問內部網絡,人們可以在咖啡館、酒店、機場等各種場所上網辦公、聊天和玩游戲……然而,Wi-Fi也有一些不盡如人意的缺點,例如信號覆蓋范圍小、容易被黑客劫持、多人同時訪問時速度容易變慢等。

                      2018年8月,首屆中國國際智能產業博覽會上傳來喜訊——中國人民解放軍戰略支援部隊信息工程大學聯合東莞信大融合創新研究院等機構宣布,全球首款商品級超寬帶可見光通信專用芯片組正式面世,標志著我國將率先邁入超寬帶可見光無線通信時代。那么,超寬帶可見光無線通信意味著什么?它將給人們日常生活帶來怎樣的巨變?

                      何為Li-Fi

                      所謂可見光無線通信(Li-Fi),實際上是一種使用可見光譜來提供無線網絡接入的新技術,即利用半導體照明的光線來實現“有光照就能上網”的新型高速數據傳輸技術。 可見光無線通信的發射是通過LED(發光二極管)燈來調節光強度以實現的。盡管這種光線不能被肉眼感知,但是可以被一種光敏接收器讀取為數據。實際上,研究人員是通過一種特殊的超寬帶Li-Fi專用芯片組,控制LED燈的光線輸出。該芯片組由光電前端芯片和數字基帶芯片組成,可支持千兆比特每秒(Gbps)量級的高速傳輸,全面兼容主流中高速接口協議標準。因此,人類肉眼看不到的這種光線,可以調制信號高達每秒數百萬次,其傳輸數據的速度要比Wi-Fi快100倍,比5G(第五代移動通信技術)快10倍。

                      研究人員表示,Li-Fi從概念提出到如今的實際應用,經歷了近150年,它的研發成功并非是為了替代Wi-Fi,而是為了克服Wi-Fi存在的種種缺陷和問題。因此,Li-Fi問世后,無論人們使用智能手機還是平板電腦,Wi-Fi和Li-Fi將同時存在。屆時,智能手機、平板電腦等都將擁有一個特殊的接收器和發送器來接收和發送Li-Fi光信號,與此同時,它們也有一個特殊的專用芯片組(包括編碼器/解碼器),將Li-Fi光信號轉換成所需要的應用數據。 Li-Fi是如何工作的 專家告訴人們,LED燈比傳統的熒光燈、白熾燈有更快的開關切換速度。如果給普通的LED燈加裝微芯片組,就能控制LED燈以極快的速度閃爍(每秒閃爍數百萬次),盡管我們的肉眼覺察不到,但是光敏傳感器可以接收這些變化,從而利用LED燈發送數據。

                      因此,Li-Fi所用的LED燈與普通的LED燈之間有著諸多的不同,其中關鍵區別是Li-Fi所用的LED燈具有驅動電路,可以發送和接收無線信號,并采用不同強度的光線對數據信號進行編碼、解碼,它們既可以通過網絡電纜連接到網絡,也可以通過電源線連接并接收數據。

                      由此可見,Li-Fi實際上是一個擁有雙向鏈路的通信模式,且在兩端都使用了特殊的光電探測器,一端是在室內的LED燈中,另一端是在各種移動通信終端設備或嵌入其內部的無線發射器上,無線發射器可將數據發回到LED燈。因此,當室內有多個Li-Fi的LED燈時,移動通信終端設備會自動檢測到一個信號最強的LED燈,并轉移到該LED燈,以便讓信號始終保持連接和最佳狀態。

                      不言而喻,只要有LED燈照耀,無論是傳輸數據信息,還是進行語音、視頻通話,甚至調節物聯網設備的開關等,都可以輕松實現。而且,借助其超高的傳輸速度,人們使用起來更高效。

                      令人神往的技術優勢

                      專家指出,Li-Fi堪稱集高速度、高密度、低成本、無電磁輻射和高保密性于一身的現代化先進通信系統的典范,主要表現以下幾個方面。

                      第一,Li-Fi與其他類型通信的射頻頻率完全不同,不存在造成頻段過載及信號干擾的問題。使用Wi-Fi的各種移動通信設備,已經使得2.4吉赫和5吉赫頻段趨于飽和狀態,而虛擬現實、無人駕駛汽車和數十億個物聯網設備等新技術的異軍突起,讓2.4吉赫和5吉赫頻段更不堪重負,雪上加霜。Li-Fi的頻譜是整個300吉赫無線電頻譜的1000倍,足以提供充裕的無線通道。

                      第二,在現有各種移動通信終端設備上添加Li-Fi,可謂是一種物美價廉的選擇。不僅因為技術成本在迅速下降,而且我們只要在設備上增加一塊編解碼芯片,就能使得智能手機等的使用變得更便捷。

                      第三,由于Li-Fi使用的是可見光譜,不像Wi-Fi那樣在室內可以穿透墻壁,Li-Fi無法穿透墻壁的“缺陷”,對安全連接而言卻是一個“優點”。使用者可以不必擔心被蹭網偷用,能夠建立一個封閉的安全無線網絡。

                      第四,Li-Fi可以被用于路燈、車燈,作為智能城市應用的接入點。比如,當車燈照到街邊的路牌時,路牌可以給車輛導航儀傳輸附近的路況,并告知到達目的地最通暢的道路,讓用戶擁有更好的駕駛體驗。

                      第五,Li-Fi可以布局在室內照明系統里,作為各種辦公設備、家用電器連接互聯網的出入口,構筑智慧辦公、智慧生活。比如,只要在室內燈光照到的地方,就可以長時間下載資料等;早上起床打開燈,就能通過手機、電腦等,及時了解當天天氣狀況、最新出行信息以及國內外重要新聞等;家庭成員之間更能“秒傳”分享數據信息。

                      不可估量的發展前景

                      Li-Fi是一項令人興奮的新興技術。其最為杰出的貢獻是,突破了室內“最后10米”和短距離超寬帶無線光互聯的技術瓶頸,就像“城市軌道交通+公交駁接”解決居民出行“最后1千米”一樣富有劃時代意義,它開創了集綠色節能、短距離超寬帶、無纜化光互聯為一體的新興應用通信的先河。在今后的時間里,Li-Fi將會像Wi-Fi一樣無處不在。

                      有關專家描繪了Li-Fi的燦爛前景:目前,全球大約擁有由440億盞燈構成的城市道路照明網絡,一旦數百億的LED照明設備與其他設備融合構筑成一個巨大的Li-Fi網,那么,每盞燈都可以用作高速網絡的一個接入熱點。人們在等車的時候,站在路燈下就可下載幾部電影,甚至在飛機、高鐵上也可借助LED光源進行無線高速上網,滿足諸如室內網、物聯網、車聯網、安全支付等網絡末端無線通信的需求,為“互聯網+”提供一種嶄新的接入方法。

                      未來數十年,Li-Fi將引領下一代的無線通信技術,將實現以虛擬現實為基本功能的場景,將足以形成萬億級年產值戰略性的新興產業,讓我們拭目以待。

                    本文來自《科學畫報》

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