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那么，燈光上網(wǎng)離我們有多遠(yuǎn)？記者采訪發(fā)現(xiàn)，說近不太近，有很多產(chǎn)業(yè)化問題需要解決；說遠(yuǎn)也不太遠(yuǎn)，上海市寬帶中心的相關(guān)負(fù)責(zé)人稱，應(yīng)該能在2017年推廣。
孕婦都不用擔(dān)心輻射
燈光上網(wǎng)，并非復(fù)旦大學(xué)首創(chuàng)。早在2000年，日本科學(xué)家率先開始研究這種新技術(shù)。2011年，這項(xiàng)技術(shù)首次出現(xiàn)了實(shí)物研究，獲得重大突破。德國物理學(xué)家哈拉爾德·哈斯和他在英國愛丁堡大學(xué)的團(tuán)隊(duì)，利用閃爍的燈光來傳輸數(shù)字信息，這個(gè)過程被稱為可見光通訊（VLC），他們?yōu)榇松暾埩艘豁?xiàng)專利，人們形象地稱之為“LiFi”。
最近幾年來，可見光通信已經(jīng)成為國際通信研究領(lǐng)域的必爭之地，美國、歐洲、日本等國的通信科研人員，都在爭相進(jìn)行研究。據(jù)介紹，競爭焦點(diǎn)就在于傳輸速率。今年年初，復(fù)旦大學(xué)信息學(xué)院通信工程系遲楠的課題組剛剛發(fā)表了可見光傳輸速率在1.5G的科研成果，這一速度很快就被國際學(xué)界同行刷新。而就在前幾天，遲楠教授課題組在實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)造了新的傳輸速度世界紀(jì)錄：M離線最高單向傳輸速率達(dá)到3.7G，實(shí)時(shí)系統(tǒng)平均上網(wǎng)速率達(dá)到150M。
據(jù)介紹，去年開始，上海市科委已在全市高校和科研院所布局這一國際前沿的無線通訊技術(shù)，上海寬帶中心、復(fù)旦大學(xué)、技術(shù)物理所等單位共同承擔(dān)“可見光通訊關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用”課題，遲楠任課題負(fù)責(zé)人。
遲楠教授介紹，光和無線電波一樣，都屬于電磁波的一種，傳播網(wǎng)絡(luò)信號的基本原理是一致的。研究中，給普通的LED燈泡裝上微芯片，可以控制它每秒數(shù)百萬次閃爍，亮了表示1，滅了代表0。由于頻率太快，人眼根本覺察不到，光敏傳感器卻可以接收到這些變化。就這樣，二進(jìn)制的數(shù)據(jù)就被快速編碼成燈光信號并進(jìn)行了有效的傳輸。燈光下的電腦，通過一套特制的接收裝置，讀懂燈光里的“莫爾斯密碼”。
“LiFi沒有輻射，它是屬于一個(gè)自然光譜里頭的可見的部分，所以人類照明都照了幾千年了，不像有一些微波信號，已經(jīng)非常強(qiáng)了，可你根本看不見它。”遲楠介紹，與已經(jīng)普及的WiFi相比，未來的可見光通訊安全又經(jīng)濟(jì)。WiFi有電磁輻射，無線信號穿墻而過，網(wǎng)絡(luò)信息不安全。而燈光通信更安全，可以實(shí)現(xiàn)“有燈光的地方，就有網(wǎng)絡(luò)信號。關(guān)掉燈，網(wǎng)絡(luò)全無。”而且，VLC頻譜是400T-800THz，無線通信在2-5GHz左右，光譜比無線電頻譜大10000倍，意味著更大的帶寬和更高的速度，VLC更有高速潛力。
所以燈光上網(wǎng)可以用于保密通訊，因?yàn)橹灰獡踝艄猓蛽踝×诵盘枴τ谠袐D來說，用了燈光上網(wǎng)，就不用擔(dān)心網(wǎng)絡(luò)輻射問題。LiFi還適用于很多特殊的場所，比如水下作業(yè)，因?yàn)閃iFi技術(shù)利用無線電通信，但無法穿透水，可見光卻可以。還有像飛機(jī)、手術(shù)室等對無線電干擾高度敏感的場所，燈光上網(wǎng)也很適用。
可以全天候播高清電視
在實(shí)驗(yàn)室，課題組不僅利用可見光傳輸信號，并且實(shí)現(xiàn)能夠“一拖四”，即點(diǎn)亮一盞小燈，4臺電腦即可同時(shí)上網(wǎng)、互傳網(wǎng)絡(luò)信號。由于傳輸速度開創(chuàng)世界紀(jì)錄，所以這個(gè)實(shí)驗(yàn)室里的電腦，用燈光上網(wǎng)都可以連接電視看視頻。“我們的樣機(jī)比較穩(wěn)定，試驗(yàn)中可以連續(xù)播放高清電視一天都沒有問題。”遲楠介紹，VLC傳輸速率與傳輸距離是相互制約的，目前復(fù)旦實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)的150Mb/s速率，可以傳3米，10Mb/s速率則可以傳15米。
“數(shù)據(jù)上傳的方案，我們歸納有3種，一種是雙向可見光通信，這要求筆記本有LED燈。其次是下行可見光，上行紅外。還有就是半光模式，下行可見光，上行采用無線的方式。”遲楠介紹，目前，課題組一共做出了10臺樣機(jī)。其中就有下行可見光，上行紅外模式的樣機(jī)，即發(fā)射信號用LED燈泡可見光，電腦上傳信號用紅外線。
由于燈光上網(wǎng)遇到墻壁等阻攔就無法實(shí)現(xiàn)，所以項(xiàng)目組目前也有研究dark led通訊，就是在弱光環(huán)境下上網(wǎng)的情況。此外，遲楠還開展電磁波譜其他波段的通信研究，例如Q band，W band通信，這些波段進(jìn)入了毫米波波段甚至太赫茲波段。‖
接入方式首選智能電線
在接入方式上，實(shí)現(xiàn)燈光上網(wǎng)后，是不是就可以拋棄寬帶線呢？
遲楠介紹，LED可見光通信可以有多種接入方式，但利用電線接入是首選。“我們覺得最自然的接入方式是電線。因?yàn)闊纛^里總是有電線，如果拉網(wǎng)線或者光纖到燈頭里，會改變建筑的配線布局。所以我們的系統(tǒng)是用電線接入到LED燈，通過發(fā)射驅(qū)動(dòng)電路把信號承載到燈光上。”
記者了解到，電線接入寬帶信號，首先要求電線本身是智能電線，可以傳輸信號（比如遠(yuǎn)程抄表所用的電線就具有傳輸信號的功能）。如今，上海浦東有相當(dāng)部分地區(qū)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了智能電網(wǎng)覆蓋，在這些區(qū)域，就有了用電線接入網(wǎng)絡(luò)信號的基礎(chǔ)條件。但在智能電線尚未架設(shè)的區(qū)域，這種接入方法就不能實(shí)現(xiàn)，需要用寬帶接入，然后在屋內(nèi)將信號接入LED燈泡的方法。
技術(shù)還需更多研究
實(shí)現(xiàn)民用尚需時(shí)日
“但VLC技術(shù)還需要更多嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)研究。樣機(jī)的實(shí)現(xiàn)只是開始，VLC沒有專用芯片組，發(fā)射接收系統(tǒng)都非常龐大，這些都是需要完善的。距離實(shí)用化有相當(dāng)長的路要走。”遲楠說。“我們要客觀看待VLC技術(shù)。LED等不是為通信而設(shè)計(jì)，所以LED燈珠帶寬很窄，約20MHz，而且有很強(qiáng)的非線性效應(yīng)。探測器也不是專為可見光波段設(shè)計(jì)，藍(lán)光不是最敏感頻段。所以在材料、器件、封裝、模塊等方面都需要做一系列研究。”
她介紹，目前復(fù)旦實(shí)驗(yàn)室里，由于沒有專用芯片組，所以從燈光通訊控制到芯片設(shè)計(jì)制造等一系列關(guān)鍵技術(shù)產(chǎn)品，都是研究人員自己“動(dòng)手做”，用于收發(fā)網(wǎng)絡(luò)信號的發(fā)射器和接收器，都有兩個(gè)筆記本電腦那么大。這顯然還無法普及到日常生活中。所以，相關(guān)芯片的壓縮和產(chǎn)業(yè)化，是燈光上網(wǎng)走進(jìn)尋常百姓家前面臨的首要難題。
然后，還有數(shù)據(jù)的雙向傳輸問題。上網(wǎng)不僅要下載還要上傳，燈光照射在電腦上容易，但電腦或者手機(jī)要安裝多大的燈泡才能回傳數(shù)據(jù)？
記者了解到，遲楠教授課題組的長處在于，通過一系列高階算法提高VLC速率。國際上，提高傳輸速率的研究方法還有很多，英國愛丁堡大學(xué)、美國喬治亞理工大學(xué)還在新材料等方面下功夫。有些研究甚至已經(jīng)在LED燈泡中用上了具有智慧處理功能的新材料。而我國在這種新材料方面的研究還有差距。
遲楠認(rèn)為，總體來說，LiFi是下一代智慧城市的應(yīng)用。在下一代城市中，智能電網(wǎng)完備，智能電線連接到千家萬戶。再配上集約化芯片所做成的VLC發(fā)射和接收設(shè)備，燈光上網(wǎng)就可以普及。她表示，目前來說，Lifi并不是WiFi的競爭對手，而是一種相互補(bǔ)充，有助于釋放頻譜空間。
不過，上海寬帶中心總工程師陸肖元對燈光上網(wǎng)的普及進(jìn)程更為樂觀。作為共同承擔(dān)“可見光通訊關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用”課題的三方之一，他介紹，上海寬帶中心的領(lǐng)導(dǎo)相信，燈光上網(wǎng)應(yīng)該能在2017年推廣。
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