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無線電頻譜是一種寶貴資源，并且很快就會(huì)被占用完畢。不用多久，城市地區(qū)的Wi-Fi用戶就會(huì)意識(shí)到附近路由器產(chǎn)生的干擾會(huì)如何影響網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)的通信性能。對(duì)這個(gè)問題的第一種回應(yīng)是簡(jiǎn)單地增加更多的頻帶，除了最初的2.4GHz頻段（仍需要與藍(lán)牙等許多其他協(xié)議共享）外，Wi-Fi還增加了對(duì)5GHz附近更多信道的支持。但是，由于還有太多其他應(yīng)用需要占用這部分RF頻譜，Wi-Fi可以擴(kuò)展的頻帶數(shù)量受到嚴(yán)格限制。

隨著時(shí)間的推移，更先進(jìn)的Wi-Fi設(shè)備開發(fā)人員通過采用各種技術(shù)將更多數(shù)據(jù)納入核心頻譜來應(yīng)對(duì)頻率限制問題，這些包括在每個(gè)無線電符號(hào)中發(fā)送多個(gè)數(shù)據(jù)位元的高級(jí)調(diào)制方案，以及能夠?qū)鬏斠蚋鱾€(gè)接收器的天線分集增強(qiáng)功能等等。其他方案已將Wi-Fi移至10GHz以上的頻率范圍，這樣可以提供更高的帶寬信道以及相應(yīng)的高數(shù)據(jù)速率。但是，為什么不進(jìn)一步提高電磁頻譜并利用紅外或可見光呢？

可見光通信已經(jīng)部署到點(diǎn)對(duì)點(diǎn)回程應(yīng)用，以實(shí)現(xiàn)超過100Mbit/s的數(shù)據(jù)速率，而在深峽谷等應(yīng)用場(chǎng)景中，鋪設(shè)電纜根本不可行。目前也正在研究基于光的數(shù)據(jù)傳輸，用于改善大氣層之上和海洋中系統(tǒng)的連通能力。RF在水中散射很快，因此很難采用具有相應(yīng)低數(shù)據(jù)速率信號(hào)的極低頻載波，并在其之上建立可靠的通信。根據(jù)最近的研究，盡管水也強(qiáng)烈吸收可見光頻率的紅色長(zhǎng)波端，但藍(lán)綠色激光可以在數(shù)十米距離以高達(dá)100Mbit/s的數(shù)據(jù)速率進(jìn)行傳輸。針對(duì)更遠(yuǎn)距離應(yīng)用，美國(guó)宇航局已經(jīng)開始使用調(diào)制紅外激光進(jìn)行地對(duì)空通信試驗(yàn)。622Mbits/s信道通過與軌道衛(wèi)星進(jìn)行通信的不同地面站之間進(jìn)行切換，避免了由于云霧造成的衰減。

Li-Fi版本可見光通信針對(duì)的是更實(shí)際應(yīng)用。盡管進(jìn)行了一些調(diào)整，但這種技術(shù)的開發(fā)是為了利用標(biāo)準(zhǔn)燈具中的LED。許多商用LED燈具使用高亮度組件，這些組件在光譜的藍(lán)色末端產(chǎn)生光，黃色磷光體涂層將光的整體顏色變?yōu)榘咨?。磷光體的作用是降低施加在光源上任何幅度調(diào)制的影響，從而將其帶寬限制在2MHz左右。但是，如果接收器濾除黃色分量，則原則上可以實(shí)現(xiàn)高達(dá)1Gbit/s的數(shù)據(jù)速率。通過使接收器響應(yīng)具有可調(diào)色燈具的不同組件（通常使用紅色、綠色和藍(lán)色LED的混合），可以將數(shù)據(jù)速率提高到5Gbits/s或更高。由Harald Haas教授（他創(chuàng)造了Li-Fi一詞）領(lǐng)導(dǎo)的愛丁堡大學(xué)（University of Edinburgh）團(tuán)隊(duì)實(shí)驗(yàn)表明，在照明器中添加激光二極管并使其并行傳輸，可以實(shí)現(xiàn)超過100Gbit/s的傳輸速率。

Li-Fi與在10GHz以上無線電頻譜中運(yùn)行的Wi-Fi版本共享一些應(yīng)用屬性。隨著載波信號(hào)頻率增大，RF通信變得更具方向性。盡管使用10GHz以上信道的協(xié)議（例如5G蜂窩網(wǎng)絡(luò)）會(huì)利用反射來提高接收性能，但通信信道仍將主要基于視距傳輸。

由于Li-Fi具有更強(qiáng)的方向性，因此它允許構(gòu)建“ attocell”，例如，一個(gè)在筒燈（downlight）下操作的單個(gè)用戶擁有自己的帶寬。但是，Li-Fi并不是純粹的視距技術(shù)，它具有一定的能力去利用反射，從而不再需要嚴(yán)格保持視線傳輸路徑。這可以通過使用編碼系統(tǒng)（例如正交頻分復(fù)用（OFDM））來實(shí)現(xiàn)，這種系統(tǒng)比早期Li-Fi實(shí)驗(yàn)中采用的簡(jiǎn)單二進(jìn)制代碼更為復(fù)雜。

Li-Fi較強(qiáng)的方向性在安全性應(yīng)用方面具有潛在優(yōu)勢(shì)。由于信號(hào)在很大程度上不受發(fā)射器下方錐形光的影響，根本不會(huì)穿透堅(jiān)固的墻壁。例如IEEE 802.11ax等一些提議的60GHz Wi-Fi傳輸方案采用的技術(shù)使穿過墻壁傳輸信號(hào)成為可能，因?yàn)樵摌?biāo)準(zhǔn)工作組認(rèn)為這對(duì)于家庭的整體采用至關(guān)重要。在使用Li-Fi時(shí)，任何想要攔截信號(hào)的黑客都必須靠近發(fā)射器和合法的接收器，僅此要求就明顯增大了被檢測(cè)出的機(jī)會(huì)。IEEE 802.11bb工作組提出的一個(gè)應(yīng)用案例是具有Li-Fi功能的臺(tái)燈，它可以在用戶計(jì)算機(jī)和核心網(wǎng)絡(luò)之間提供安全的無線連接。從設(shè)備到燈具的上行鏈路信道是采用在紅外區(qū)工作的較小發(fā)射器。這樣可以避免干擾下行信號(hào)，并具有不分散設(shè)備用戶注意力的好處。在技術(shù)發(fā)展的早期階段，人們擔(dān)心用戶是否會(huì)注意到Li-Fi發(fā)射器的變化，其調(diào)制速度是如此之高，除了總光輸出的顏色平衡可能發(fā)生偏移之外，其它影響并不明顯。盡管如此，這也是燈具設(shè)計(jì)師能夠補(bǔ)償?shù)囊粋€(gè)因素。

在把Li-Fi安裝到天花板燈上時(shí)，其潛在的缺點(diǎn)之一是同信道干擾。在這種情況下，光錐產(chǎn)生交匯，因此接收器不會(huì)從任何一個(gè)發(fā)射器獲得清晰信號(hào)?；贠FDM的編碼方案除了能夠利用從墻和其他用于通信的物體反射光之外，還有助于克服上述問題。?IEEE 802.11bb工作組制定了一個(gè)協(xié)議，至少可提供10Mbits/s的數(shù)據(jù)速率，并可能提升到5Gbits/s的峰值，這是廣泛采用的基于5GHz載波IEEE 802.11n?Wi-Fi速率的十倍。Wi-Fi的最新版本以及當(dāng)前更昂貴的IEEE 802.11ac版本縮小了這一差距，它可以提供1.73Gbits/s的速率。

Wi-Fi技術(shù)的一個(gè)承諾是達(dá)到與Li-Fi峰值數(shù)據(jù)速率基本一致，這種競(jìng)爭(zhēng)是源自采用60GHz左右載波頻率的IEEE 802.11ax和802.11ay版本W(wǎng)i-Fi。這些標(biāo)準(zhǔn)改進(jìn)了在首次嘗試構(gòu)建60GHz Wi-Fi-IEEE 802.11ad時(shí)遇到作用距離過短問題。一些測(cè)試已將IEEE 802.11ay的最大作用距離擴(kuò)展到300m，使其適用于辦公網(wǎng)絡(luò)。但是，其使用模式與Li-Fi不同，一個(gè)主要區(qū)別在于，802.11ay單個(gè)路由器可以為多個(gè)用戶提供服務(wù)，而Li-Fi支持者則希望充分利用attocell的概念，回程網(wǎng)絡(luò)可以為同一房間內(nèi)的多個(gè)用戶提供Gbit/s級(jí)傳輸服務(wù)。

表1：?Wi-Fi和Li-Fi的比較。

IEEE 802.11ay與其他大多數(shù)協(xié)議之間的另一個(gè)區(qū)別是，它可以執(zhí)行其他服務(wù)，這些源于其用來補(bǔ)償障礙物的算法。就潛在能力而言，路由器可以映射房間，檢測(cè)人員的存在，甚至可以確定手勢(shì)。在Li-Fi環(huán)境中，這些功能很可能會(huì)在單獨(dú)的攝像頭幫助下實(shí)現(xiàn)。

考慮到Wi-Fi全新技術(shù)的出現(xiàn)，Li-Fi在傳統(tǒng)家庭和辦公室部署還需要很大的努力，但基于光的通信技術(shù)在某些環(huán)境中卻具有明顯的優(yōu)勢(shì)。例如，在飛機(jī)上，用于為乘客提供多媒體服務(wù)的電纜重量是提高燃油效率的主要障礙之一，通過用支持Li-Fi的LED替換每個(gè)座位上的常規(guī)照明燈，Li-Fi可以為乘客提供高速率數(shù)據(jù)傳輸。在醫(yī)院手術(shù)室等RF干擾是重大問題的應(yīng)用中，Li-Fi提供了一種高帶寬通信解決方案。對(duì)于工業(yè)系統(tǒng)，尤其是那些具有高爆炸風(fēng)險(xiǎn)的工業(yè)系統(tǒng)，Li-Fi可能是一種更安全的技術(shù)。例如，處理細(xì)粉和揮發(fā)性化學(xué)物質(zhì)的工廠不能輕易采用高頻RF通信，數(shù)據(jù)電纜需要嚴(yán)格的保護(hù)措施。

由于Li-Fi新穎的技術(shù)，它可能會(huì)在以前難以進(jìn)行高速通信的環(huán)境中實(shí)現(xiàn)更多應(yīng)用。但是，對(duì)于大多數(shù)情況而言，如果數(shù)據(jù)容量和便利性是非常重要的考慮因素，Li-Fi和Wi-Fi之間的選擇很可能取決于具體應(yīng)用的要求?！　?/p>