神奇的可见光通信技术

四川省南充市纤维检验所 陈春全

无线通信技术（Wi-Fi）已经深入到了我们生活的方方面面，几乎所有的智能手机、笔记本电脑、平板电脑都支持Wi-Fi 上网。Wi-Fi 是通过无线电波来上网的，只要在无线路由器的电波覆盖的有效范围内都可以使用。但是，Wi-Fi 的安全性和私密性都存在瑕疵，尤其是家庭使用的Wi-Fi 很容易遭到黑客的攻击。同时，一个无线路由器或是热点联网的用户过多，也会出现网速变慢的问题。于是，科学家们又研究出了一种可见光通信技术（Li-Fi）。

可见光的信息传递

可见光无线通信，也称为光保真技术，是一种利用灯泡发出的光传输数据的技术。这种技术的原理其实十分简单。众所周知，“0”和“1”是数字传输中最基本的信号，因此我们把开灯状态设置为“1”，关灯状态设置为“0”，然后通过不断地开灯、关灯，便可以实现灯光快速传输二进制编码了。

那么，同学们可能就觉得很奇怪了。不停地开关灯，别说是控制开关的人了，就是灯泡它也受不了呀！

当然啦，要实现可见光通信我们就得使用一种发光二极管，也就是我们常说的LED。它由含镓、砷、磷、氮等的化合物制成，通过电子与空穴复合释放能量来发光，响应时间是纳秒级，而且还能承受高频率的反复开关。实验室的数据显示，LED 灯泡在传输信息数据的时候，其灯泡的闪烁频率可高达每秒数百万次。

仅有LED 灯泡也是不够的，我们还需要将一个微小的芯片植入LED 灯泡里面，让它成为一个类似Wi-Fi 热点的设备，以方便我们使用的手机、平板电脑等终端设备能够与之连接。

然而，我们利用LED 灯泡发出的光脉冲作为传输信息的载体，虽然只要光能照射到的地方都可以实现无线上网，但是在不需要照明的情况下，会不会形成资源的浪费呢？

这个问题你也大可放心。原来，LED灯泡发出的光的波长范围比较广，我们只要在不需要照明的情况下，将LED 灯泡的光的亮度设定在人眼无法识别的程度即可，而此时信息数据的传输仍然不会受到任何影响。

可见光的通信网络

可见光网络的前景十分广阔。首先，可见光频谱的宽度是射频频谱的一万倍。其次，全球目前大约有140 亿盏电灯在使用，可见光通信技术一旦投入使用，理论上来说每一盏灯泡都可以成为互联网的接入点。因此，到时候可以说，只要有灯光的地方，就会有无线网络覆盖。

我们目前已经研究成功的可见光通信技术，一般是用频率为400 THz～750 THz 的可见光作为通信媒介完成信息传送的。THz是波动频率单位之一，又称为太赫，或太拉赫兹，一般用于表示电磁波频率。

那么，这就意味着移动终端设备不但需要安装光敏接收器才能接收到LED 灯泡通过快速闪烁传递的二进制编码，并且还需要一张计算机能够识别和理解的字母表。我们可以简单地将其看成用火把来发送摩斯密码，所以对于接收信息的终端设备来说，还需要安装一些新的光识别设备。

研究发现，在可见光通信过程中确实存在着通信盲区。简单地说，就是你的手机从一个LED 光源接入互联网转入从另外一个LED 光源接入互联网的时候，很可能会出现手机掉网的情况。这有没有什么解决的办法呢？

当然有啦。早在2013 年，我国企业便申请了“一种可见光通信设备及终端设备在接入点的切换方法”的发明专利。简单地说，就是通过技术手段使得我们的通信终端，如手机等，能够通过识别码区分不同接入点的信号强度及其他接入信息，然后通过计算，让通信终端自主选择信号更好的接入点来连接互联网。

可见光通信技术的优势

可见光通信技术的实施，利用的是无处不在的灯光。因此，我们在几乎不需要大量资金投入新的基础设施建设的情况下，便可以实现可见光网络全覆盖。

传统的无线通信技术（Wi-Fi），不但需要能量密集的设备，并且随着无线互联网用户数量的不断扩大，我们可用的射频频谱也会变得越来越少。比如说，你在节假日到人山人海的景区或者生意兴隆的餐厅就会发现，如果使用Wi-Fi 或者是3G 网络，那很可能就是一次龟速上网的悲惨经历。

另外，可见光通信技术的网络连接私密性极好。你只要关好门窗，拉上窗帘，隔断光传播的路径，那么即便是再厉害的黑客也只能望洋兴叹。

同时，在水下等无线电波无法传播的地方，可见光通信技术的优势就更为明显了。目前，可见光通信技术已经在一些飞机上实现了应用，在不影响飞机设备的电磁波频率下，可以让乘客的手机或笔记本电脑实现上网。

不过，可见光通信技术仍然还有缺陷。因为可见光不能穿透障碍物，所以你如果是在家具背后或者另外一间屋子里就无法使用它。

科学家们认为，至少在目前我们还不能完全依靠可见光通信技术来实现无线联网。也就是说，无线通信技术（Wi-Fi）和可见光通信技术（Li-Fi）应该双向配合地存在。当可见光信号被阻断的时候，你的通信终端设备能够快速转接到无线通信网络来接入互联网。

每一种新技术的出现，都必然是从发明到使用并在使用中逐步成熟的过程。相信在不久的将来，可见光通信技术必定会将无线数据传输变得更加方便、安全和高效。