不用找WIFI信號(hào)，點(diǎn)一盞LED燈就能實(shí)現(xiàn)高速上網(wǎng)？這可不是天方夜譚。最近，復(fù)旦大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院傳出的這則好消息，迅速引發(fā)廣泛關(guān)注。該院遲楠教授領(lǐng)銜的課題組，將網(wǎng)絡(luò)信號(hào)接入一盞1W的LED燈珠，燈光下的4臺(tái)電腦即可上網(wǎng)，最高速率可達(dá)3.7G，平均上網(wǎng)速率達(dá)到150M，創(chuàng)造了“燈光上網(wǎng)”速度的世界紀(jì)錄。下個(gè)月，10臺(tái)樣機(jī)將亮相2013年上海工博會(huì)。

那么，燈光上網(wǎng)離我們有多遠(yuǎn)？記者采訪發(fā)現(xiàn)，說(shuō)近不太近，有很多產(chǎn)業(yè)化問(wèn)題需要解決；說(shuō)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(kāi)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(guó)物理學(xué)家哈拉爾德·哈斯和他在英國(guó)愛(ài)丁堡大學(xué)的團(tuán)隊(duì)，利用閃爍的燈光來(lái)傳輸數(shù)字信息，這個(gè)過(guò)程被稱為可見(jiàn)光通訊（VLC），他們?yōu)榇松暾?qǐng)了一項(xiàng)專利，人們形象地稱之為“LiFi”。

最近幾年來(lái)，可見(jiàn)光通信已經(jīng)成為國(guó)際通信研究領(lǐng)域的必爭(zhēng)之地，美國(guó)、歐洲、日本等國(guó)的通信科研人員，都在爭(zhēng)相進(jìn)行研究。據(jù)介紹，競(jìng)爭(zhēng)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(jiàn)光傳輸速率在1.5G的科研成果，這一速度很快就被國(guó)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(kāi)始，上海市科委已在全市高校和科研院所布局這一國(guó)際前沿的無(wú)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(jiàn)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(wú)線電波一樣，都屬于電磁波的一種，傳播網(wǎng)絡(luò)信號(hào)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(wàn)次閃爍，亮了表示1，滅了代表0。由于頻率太快，人眼根本覺(jué)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(hào)并進(jìn)行了有效的傳輸。燈光下的電腦，通過(guò)一套特制的接收裝置，讀懂燈光里的“莫爾斯密碼”。

“LiFi沒(méi)有輻射，它是屬于一個(gè)自然光譜里頭的可見(jiàn)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(hào)，已經(jīng)非常強(qiáng)了，可你根本看不見(jiàn)它?！边t楠介紹，與已經(jīng)普及的WiFi相比，未來(lái)的可見(jiàn)光通訊安全又經(jīng)濟(jì)。WiFi有電磁輻射，無(wú)線信號(hào)穿墻而過(guò)，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(hào)。關(guān)掉燈，網(wǎng)絡(luò)全無(wú)?！倍?，VLC頻譜是400T-800THz，無(wú)線通信在2-5GHz左右，光譜比無(wú)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?，就擋住了信?hào)。對(duì)于孕婦來(lái)說(shuō)，用了燈光上網(wǎng)，就不用擔(dān)心網(wǎng)絡(luò)輻射問(wèn)題。LiFi還適用于很多特殊的場(chǎng)所，比如水下作業(yè)，因?yàn)閃iFi技術(shù)利用無(wú)線電通信，但無(wú)法穿透水，可見(jiàn)光卻可以。還有像飛機(jī)、手術(shù)室等對(duì)無(wú)線電干擾高度敏感的場(chǎng)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(jiàn)光傳輸信號(hào)，并且實(shí)現(xiàn)能夠“一拖四”，即點(diǎn)亮一盞小燈，4臺(tái)電腦即可同時(shí)上網(wǎng)、互傳網(wǎng)絡(luò)信號(hào)。由于傳輸速度開(kāi)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(méi)有問(wèn)題?！边t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(jiàn)光通信，這要求筆記本有LED燈。其次是下行可見(jiàn)光，上行紅外。還有就是半光模式，下行可見(jiàn)光，上行采用無(wú)線的方式?！边t楠介紹，目前，課題組一共做出了10臺(tái)樣機(jī)。其中就有下行可見(jiàn)光，上行紅外模式的樣機(jī)，即發(fā)射信號(hào)用LED燈泡可見(jiàn)光，電腦上傳信號(hào)用紅外線。

由于燈光上網(wǎng)遇到墻壁等阻攔就無(wú)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(kāi)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?！?/P>

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(jiàn)光通信可以有多種接入方式，但利用電線接入是首選?！拔覀冇X(jué)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(huì)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(guò)發(fā)射驅(qū)動(dòng)電路把信號(hào)承載到燈光上?！?/P>

記者了解到，電線接入寬帶信號(hào)，首先要求電線本身是智能電線，可以傳輸信號(hào)（比如遠(yuǎn)程抄表所用的電線就具有傳輸信號(hào)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(hào)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(hào)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(kāi)始，VLC沒(méi)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(zhǎng)的路要走?！边t楠說(shuō)。“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(cè)器也不是專為可見(jiàn)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(méi)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(hào)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(wú)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(wèn)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(zhǎng)處在于，通過(guò)一系列高階算法提高VLC速率。國(guó)際上，提高傳輸速率的研究方法還有很多，英國(guó)愛(ài)丁堡大學(xué)、美國(guó)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(guó)在這種新材料方面的研究還有差距。

遲楠認(rèn)為，總體來(lái)說(shuō)，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(wàn)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(lái)說(shuō)，Lifi并不是WiFi的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，而是一種相互補(bǔ)充，有助于釋放頻譜空間。

不過(guò)，上海寬帶中心總工程師陸肖元對(duì)燈光上網(wǎng)的普及進(jìn)程更為樂(lè)觀。作為共同承擔(dān)“可見(jiàn)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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