Li-Fi——自由空間光網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)

來自愛丁堡大學(xué)的哈拉爾德·哈斯（Harald Haas）是研究Li-Fi技術(shù)的先驅(qū)，并就這一課題發(fā)表了一系列優(yōu)秀的TED演講和論文，同時(shí)他也是一家領(lǐng)先的商業(yè)產(chǎn)品供應(yīng)商pureLiFi的聯(lián)合創(chuàng)始人。關(guān)于自由空間光通信目前已經(jīng)有很多種標(biāo)準(zhǔn)了，其中最重要的標(biāo)準(zhǔn)是IEEE 802.15.7。這些系統(tǒng)的工作原理通常是通過調(diào)制安裝在天花板的光源（一個(gè)類似于WiFi的接入點(diǎn)（AP）的小型發(fā)射器或者一個(gè)特殊設(shè)計(jì)的光源）向自由空間發(fā)送數(shù)據(jù)流，并通過遠(yuǎn)程設(shè)備上的光學(xué)接口接收數(shù)據(jù)流，已經(jīng)針對具有Li-Fi接收器的智能手機(jī)進(jìn)行了測試。這些系統(tǒng)傾向于用來非定向光源的相同調(diào)制信號來覆蓋真?zhèn)€房間，房間內(nèi)的所有接收設(shè)備都使用介質(zhì)訪問控制（MAC）協(xié)議和加密技術(shù)，從而只檢索它們準(zhǔn)備共享數(shù)據(jù)流那一部分內(nèi)容。

如果我們不像傳統(tǒng)的WiFi那樣向所有的設(shè)備發(fā)送相同的全向光比特模式，而是嘗試將獨(dú)特的光束定向到每個(gè)設(shè)備（有點(diǎn)像升級版的MIMO），這樣會有怎樣的效果呢？其中一種方法是將光束偏轉(zhuǎn)器（例如一對X-Y掃描檢流計(jì)）放在調(diào)制光源的前面，并使光束沿著一條路徑偏轉(zhuǎn)，從而可以快速順序訪問其范圍內(nèi)的所有有源器件。該系統(tǒng)能夠緩沖它所能接收到的所有端點(diǎn)的流量，設(shè)置偏轉(zhuǎn)角指向所選端點(diǎn)，并以數(shù)千Mbps的速度爆發(fā)式傳輸數(shù)據(jù)，直到緩沖區(qū)用盡（或計(jì)時(shí)器耗盡），然后再將偏轉(zhuǎn)器移動到下一個(gè)端點(diǎn)。事實(shí)證明在激光標(biāo)記或激光顯示等應(yīng)用中使用的光束偏轉(zhuǎn)器可以做到這一點(diǎn)。下圖顯示的是一個(gè)帽子大小的設(shè)備，集成了可偏轉(zhuǎn)的自由空間光網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)。如果將這樣的設(shè)備掛在禮堂的天花板上或安裝在水塔上，就可以同時(shí)為數(shù)千個(gè)端點(diǎn)提供快速、安全、不需要無線電就可以通信的數(shù)據(jù)帶寬。若想了解更多這類網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，請查看美國專利6,650,451。

使用自有空間光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的設(shè)備能夠形成重疊的通信區(qū)域

如果我們想要更多的性能和容量呢？我們可以移除振動子的運(yùn)動組件，它會使整個(gè)系統(tǒng)變慢，而且可能引起可靠性的問題，并將多個(gè)發(fā)射/接收波束收發(fā)器構(gòu)建成一個(gè)緊湊的模塊。設(shè)想一個(gè)外觀類似一個(gè)高爾夫球大小的裝置，它有數(shù)百個(gè)雙向光束，每個(gè)“酒窩”都會形成一個(gè)光束。當(dāng)遠(yuǎn)程設(shè)備進(jìn)入它們的視覺范圍內(nèi)時(shí)，這些收發(fā)器的某個(gè)子集就會被激活。若固定底面站和移動終端都有這些收發(fā)器，就可以形成網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)收發(fā)器移動時(shí)相鄰的光束會發(fā)生切換，這項(xiàng)技術(shù)將連接大量無人機(jī)、工廠內(nèi)的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備等相關(guān)類似應(yīng)用。美國專利9,350,448詳細(xì)介紹了這種系統(tǒng)的操作原理，以及如何使用魚眼透鏡來構(gòu)建多波束收發(fā)器的復(fù)雜光學(xué)系統(tǒng)。

總結(jié)

Li-Fi和其他自由空間光學(xué)技術(shù)為高性能網(wǎng)絡(luò)帶來了希望，它們不使用稀有和昂貴的無線電頻譜，并具備更高的網(wǎng)絡(luò)容量。此外這些技術(shù)比基于無線電的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)更加的安全，而且不容易受到干擾。

關(guān)鍵點(diǎn)

無線電網(wǎng)絡(luò)技術(shù)比如WiFi、蜂窩網(wǎng)絡(luò)都有容量限制，而且受可用的無線電頻譜制約

從無線電技術(shù)轉(zhuǎn)向Li-Fi這樣的基于光通信的技術(shù)來攜帶信息，網(wǎng)絡(luò)容量、安全、抗干擾以及系統(tǒng)的穩(wěn)定性都可以得到提高

使用偏轉(zhuǎn)或多波束端點(diǎn)的定向網(wǎng)絡(luò)可以提供更好的容量和安全性