点亮一盏灯，电子设备就能连接入互联网，你相信吗？这样的技术不是天方夜谭，近日，复旦大学计算机科学技术学院实现了利用屋内可见光传输网络信号的国际前沿通讯技术。在实验室内，研究人员将网络信号接入一盏1W的LED灯珠，灯光下的4台电脑即可上网，最高速率可达3.25G，平均上网速率达到150M。
究竟什么是Li-Fi？Li-Fi(Light Fidelity)是一种全新的无线数据传输技术，属于可见光通讯(Visible Light Communications，缩写为VLC)的范畴。光和无线电波一样，都属于电磁波的一种，传播网络信号的基本原理是一致的。研究者给普通的LED灯泡装上微芯片，通过微芯片控制LED灯泡的明灭变化，同时将二进制数据编码成光信号：灯亮表示1，灯灭表示0。由于频率太快，人眼根本觉察不到，光敏传感器却可以接收到这些变化并解调出来。就这样，二进制的数据就被快速编码成灯光信号并进行了有效的传输。 LED作为半导体器件，这种高速的亮灭即开关的通断能力是它的特性，而白炽灯因为在亮灭的变化过程中非常容易被损坏，且亮灭变化动作太慢，因而不具备这种通信功能。
作为无线数据传输的最主要技术，WiFi利用了射频信号。然而，无线电波在整个电磁频谱中仅占很小的一部分。而随着用户对无线互联网需求的增长，可用的射频频谱正越来越少。由于可见光频段的可用频谱范围极宽，资源非常充足，所以科学家在设计Li-Fi无线网络时，可以将通讯的信道宽度设得更大，并行的信道数目也可以设得更多，这样一来数据的传输速度就能达到极大的提升。因此各国研究团队都将提高传输速率作为科研工作中重要的一部分，最高传输速率几乎每个月都有刷新。据暨南大学理工学院的陈长缨教授介绍，为了提高信息传输速度，许多研究团队都会将白光LED换成三基色或是五基色的光源，削弱了灯具照明的性能。“
红绿蓝三个颜色确实能够混合出各种颜色的光，但是作为照明用的灯却只能显示这三种颜色，因此灯必须是连续光谱，而显色性好的灯一定是全光谱的，不是几个分离波长就可以了。”除此之外，陈教授介绍另一种提高传输速度的方法是在调制方面做努力，“我们知道灯光能够进行0和1信息的传输，闪一次是一个比特，就是一位信息，但是现在现在一些研究团队为了提高信息传输率使用了十分复杂的调制方式。”但是陈长缨教授认为根据信息论，会导致信息传输错误率的提高，因此在需要同时满足信息准确性和信息量的条件下，通信的距离就会受到限制。“可见光通信，如果为了拼速度而将LED灯作为照明这一主要功能特质牺牲了的话，那么很可能会误入歧途。”
虽然Li-Fi技术在实验室已经实现，但是仍然面临着不少的问题。
首先需要解决的便是光的传输问题。在通讯上，当电磁波的频率越低时，其抗干扰能力和穿透能力越强，允许的最大传输距离也就越大。对于可见光来说，由于其频率是Wi-Fi、蜂窝网络所用电磁波的几十万倍，其抗干扰能力、穿透能力与这两者相比也就大幅降低，只要在收发两点之间用东西挡住这些光线，信息传输就会立刻中止，更加不用说是穿墙而过了。哈斯认为目前有简单的临时解决方法。“如果光信号被阻挡，而用户需要使用设备发送信息，即可以无缝地切换至射频信号。”但是陈长缨教授认为，这样的切换可以说是多此一举，他认为灯光通信这一点恰恰是其优点，由于可以有效地控制通信范围，是唯一能与其他手段竞争的优点。要扬长避短，才能在商业上有所应用。
另外，Li-Fi依赖于可见光进行数据传输，必须有光才能实现通信目的，有质疑提出，如果是在白天使用Li-Fi难道也需要开灯吗？更有网友惊呼：“睡前躺在床上刷微博难道还得开着灯？”当Li-Fi工作环境中不止其自身一个光源的时候，环境光源如果和它工作在同样的光谱频段，且环境光源比较强的时候，Li-Fi很可能就将无法正常通信。因此复旦大学的科研人员在系统中使用了自行研制的窄带滤镜，可以一定程度上避免背景光的干扰；对于室内的电磁干扰，噪声主要在1MHz以下，他们在系统应用中也避开了这个频段。因此要实现高速的传输速度，还需要在空间内布置更多的中继站，以保证传输的稳定性。
Li-Fi技术另一问题则是反向通信。通信并不是单向的，只有有接收并且有反馈，才能称之为通信，上网不仅要做到数据的下载，还需要数据的上传。目前各国研究团队的技术都能够做到利用Li-Fi实现上网数据的下载，但是如何才能进行数据的回传与反馈，并且保证通信链路畅通呢？复旦大学迟楠教授介绍，针对数据上行，采用了两套系统，分别是可见光上行和红外上行。所谓可见光上行，即需要在电子设备上安装一个灯泡，而红外上行虽然肉眼看不见，但是速率却较低。陈长缨教授更是直言不讳，认为可将光通信想要实现上网功能是“此路不通”，“可见光通信并不适合做信息的双向传输，如果反向信号上网的话，每个灯必须接上网线。如果信号回传，接收设备也要安装灯泡，而且还要对得很准，否则速度上不来。”陈长缨教授认为单向传输更适合可见光通信，“我们又很多地方其实是不需要信息回传的，例如电视、收音机、交通灯等等，只需要做到信息从信息源下载。例如航班信息下载，广告信息下载等。”
Li-Fi技术最核心也最实际的问题，是芯片问题。在复旦实验室，研究人员实验所采用的设备有两个笔记本大小。想要缩小设备，就必须将芯片缩小，需要有资金支持芯片技术的研发。复旦团队追求信息传输的速度、信息量和准确性，因此一个灯的功率无法满足要求，需要非常强的光作为保证。所以他们将灯光聚焦在一点之后再用透镜收集起来，有业内人士认为，这已经“不是灯，而是光路了”，因此也如迟楠教授所说，路还很长。
当谈到可见光通信的未来时，陈长缨教授表示，现在已经有商业范例，例如韩国超市内的定位系统，但是依旧停留在宣传模型的阶段。“现在可见光通信这个小白兔正在等乌龟，这个乌龟不是企图去上互联网，去取代wifi，而是等它独有的应用。如果能够找到发挥可见光通信的特点——单向、中速、可控区域这三点加在一起的应用，就能真正让可见光通信发挥它的巨大作用。”
LED灯是可见光通信中的重要环节，如何让其从实验室走向千家万户是目前最主要的问题。而可见光通信对于LED灯的要求，究竟是以照明为主，还是以通信为主，仍旧是业界争论不休的问题。但不可否认的是，任何一项新技术的完善都不是一蹴而就，唯有在质疑中突破瓶颈，才能实现质的飞跃。
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