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用光上網(wǎng) LiFi為智慧城市提供新的可能

[項立剛對第一財經(jīng)記者表示,盡管LiFi前景看好,但目前大部分產(chǎn)品還依舊停留在實驗室階段,產(chǎn)業(yè)化之路仍舊漫長。比如需要把專業(yè)的芯片集成到手機和電腦里,這樣才有可能推廣,并且需要制定統(tǒng)一的技術(shù)標準]

  [項立剛對第一財經(jīng)記者表示,盡管LiFi前景看好,但目前大部分產(chǎn)品還依舊停留在實驗室階段,產(chǎn)業(yè)化之路仍舊漫長。比如需要把專業(yè)的芯片集成到手機和電腦里,這樣才有可能推廣,并且需要制定統(tǒng)一的技術(shù)標準]

  “嗨,不好意思,你擋住我的信號了。”如果有一天用LED燈發(fā)射的燈光連接無線網(wǎng)得以普及,這可能就會成為你生活中的口頭禪。

  這種用燈光來連接無線網(wǎng)的技術(shù)叫做LiFi(LightFidelity),全稱“可見光無線通信”,是可見光通信技術(shù)的一種。LiFi實際上是通過在燈具上植入一個微小的芯片,形成無線訪問接入點(類似于WiFi熱點),靠LED燈發(fā)出肉眼看不到的高速明暗閃爍的信號來傳輸信息,電子設(shè)備可以直接接入互聯(lián)網(wǎng)。

  在LiFi時代,你可以在街頭,利用路燈下載電影;在家里,打開臺燈下載歌曲;即便是在水下,只要有燈光照射就可以上網(wǎng)。這聽起來很神奇,但已經(jīng)有了第一個商業(yè)應用項目。

  近日,法國房地產(chǎn)投資公司Icade在其位于巴黎拉德芳斯的智慧辦公室中率先嘗試使用飛利浦照明[現(xiàn)已更名為“昕諾飛(Signify)”,下稱“昕諾飛”]LiFi技術(shù)布局整個辦公室。在Icade智慧辦公室里,燈光不僅可以隨著一天之內(nèi)自然光的強弱自我調(diào)節(jié),而且還可以發(fā)射網(wǎng)絡信號。員工們在任意燈光下都可以連接這束燈光所發(fā)射出來的無線網(wǎng)信號。

  LiFi解決無線頻譜緊張難題

  “可見光通信技術(shù)綠色低碳、可實現(xiàn)近乎零耗能通信,還可有效避免無線電通信電磁信號泄露等弱點,快速構(gòu)建抗干擾、抗截獲的安全信息空間。”中國電信總師室主任傅志仁告訴第一財經(jīng)記者。

  由于LiFi具有數(shù)據(jù)密度高、廉價和安全等諸多優(yōu)點,一度被各國專家認為是未來移動互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的趨勢,并被認為是取代WiFi的有力競爭者。據(jù)傅志仁介紹,LiFi在傳播速率、頻譜帶寬、安全性等方面都有優(yōu)勢。

  最重要的是,LiFi的出現(xiàn)解決了無線頻譜緊張的問題。傅志仁說,WiFi利用的無線電頻譜資源是有限的,而LiFi利用的是光譜,其帶寬是無線電頻譜的10000倍。改變無線頻譜資源緊張的狀況也是研發(fā)LiFi的初衷。

  “目前,全世界約一半的網(wǎng)絡傳輸量由WiFi承擔,由于上網(wǎng)人數(shù)還在不斷增多,這個百分比將會繼續(xù)上漲,屆時,很多專家擔心的‘頻譜危機’也會隨之而來,速度不斷減慢。”傅志仁告訴第一財經(jīng)記者,“在未來十年內(nèi),信息的傳輸量將超出現(xiàn)有無線電頻譜的承載能力,LiFi不只是一種無線通信技術(shù),更有望激活帶寬達到300THz的可見光譜頻譜資源,是破解傳統(tǒng)無線電頻譜資源嚴重匱乏困局的新途徑?!?/p>

  使用WiFi時的網(wǎng)速一般可以達到54~250Mbit/s,而LiFi在理論研究上速率可以達到1~3.5Gbit/s。我國工業(yè)和信息化部也在2015年11月13日測試認證,中國可見光通信實時通信速率提高至50Gbp/s,相當于0.2秒即可完成一部高清電影的下載。

  但傅志仁告訴第一財經(jīng)記者,如此高的速度是在距離極其短的情況下測得的,由于可見光信號在傳播介質(zhì)中極易迅速衰減,所以一般情況下,“在小于3米的情況下,可以實現(xiàn)100Mbit/s的傳輸。”

  據(jù)法國Icade項目中的LiFi負責方——昕諾飛相關(guān)負責人介紹,在Icade項目中,光線信號通過連接在筆記本或平板電腦上的USBLiFi網(wǎng)卡捕捉,隨后USBLiFi網(wǎng)卡將信號通過紅外連接回傳給燈具。LiFi可實現(xiàn)每秒30Mbit/s的高速寬帶連接,用戶可以在傳輸多部流媒體高清影片的同時進行視頻電話。

  昕諾飛中國區(qū)照明設(shè)計和應用部總經(jīng)理姚夢明對第一財經(jīng)記者表示,LiFi會在燈具上設(shè)置調(diào)制解調(diào)器,把燈光調(diào)制成今天可被認可的光的波動信號,再下傳到增加了LiFi網(wǎng)卡的電腦上,然后由網(wǎng)卡再把信號通過紅外回傳到燈具上,從而產(chǎn)生循環(huán),進而生成雙向通信。在他看來,LiFi網(wǎng)卡未來一定會集成在電腦或者手機上。

  LiFi除了速度快,在安全性方面也有比WiFi更好的表現(xiàn)。由于可見光通信必須在LED光源開啟時才能傳輸,只要光線透不出去,就能形成封閉式通信網(wǎng)絡,其安全等級較其他無線傳輸技術(shù)更高?!坝捎诳梢姽庵荒苎刂本€傳播,且其上行和下行信道是獨立運行的,黑客必須處在同一個房間中,并同時侵入兩個信道才能完成一次真正意義上的攻擊。因此,要想在光線傳播線路之外進行信號竊取和干擾非常困難?!备抵救矢嬖V第一財經(jīng)記者,“LiFi的安全性還表現(xiàn)在LiFi技術(shù)不依靠無線電波,不會產(chǎn)生電磁干擾,沒有輻射,并且對人體無傷害?!?/p>

  因此,LiFi可用于飛機、醫(yī)院等對無線電信號較為敏感的地區(qū),還有WiFi信號無法覆蓋的地下和水下環(huán)境或偏遠地區(qū),也適用于對安全性有較高要求的金融機構(gòu)或政府部門。

  傅志仁認為,LiFi只有通過逐步示范應用,找到殺手級應用作為突破口,才能在寬帶無線應用市場找到一席之地。

  LED燈的普及創(chuàng)造了LiFi的可能性

  雖然LiFi的未來聽起來很美好,但并不是說LiFi可以完全替代WiFi,原因在于LiFi利用的是可見光?!癓iFi要確保照明設(shè)備在有效范圍內(nèi),也要保證光線不被遮擋,一旦光線被遮擋,LiFi信號就會減弱甚至中斷?!备抵救收f,“因為燈光可能被遮擋,我們以后在使用LiFi的過程中就可能會經(jīng)常說‘請讓一下,你擋著我的信號了’?!?/p>

  中國通信業(yè)知名觀察家項立剛告訴第一財經(jīng)記者:“LiFi是靠光來傳播的,必須要讓可見光照射到這樣的一個設(shè)備上才能傳播,而且光不能繞射,一旦被遮擋信號就會變?nèi)酢A硗?,LED的燈光也可能會受到窗口射進來的光的影響,這都會造成LiFi的不穩(wěn)定性?!?/p>

  同時,LiFi技術(shù)對所使用的LED燈光有很高要求。LED燈里需要加裝用于接收信號的光探測器?!癓iFi大規(guī)模應用的一個主要瓶頸就在于發(fā)射光源的LED燈。”傅志仁說,“LED燈充分考慮閃爍和調(diào)光問題?!?/p>

  光通信技術(shù)奠基人、電報發(fā)明者貝爾早在上個世紀就曾設(shè)想將可見光作為媒介實現(xiàn)通信。不過,由于當時燈光技術(shù)條件的限制,該技術(shù)不能得以實施。近年來LED燈具的普及讓LiFi有了可行性。因為LED燈有高調(diào)制速率,在人眼感覺不到光的閃爍的情況下,就可以把數(shù)據(jù)傳輸?shù)?米以外。

  根據(jù)國際權(quán)威機構(gòu)預測,2018年可見光通信的市場將會達到約60億美元,未來的應用可能達到萬億規(guī)模。可見光通信不僅僅是具有萬億產(chǎn)值的戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè),更是涉及LED照明、物聯(lián)網(wǎng)和通信領(lǐng)域交叉融合的新技術(shù)。

  昕諾飛全球?qū)I(yè)照明事業(yè)部負責人HarshChitale表示:“如果想要實現(xiàn)從光源到后臺網(wǎng)絡的傳輸,就需要跟許多企業(yè)合作,其中包括電信基礎(chǔ)設(shè)施企業(yè),昕諾飛與思科的合作就是這樣的例子。我們的光源是連接到以太網(wǎng)供電(PoE)網(wǎng)絡的,因此,我們需要通過與其他網(wǎng)絡電信企業(yè)合作來實現(xiàn)完整的解決方案?!?/p>

  項立剛也對第一財經(jīng)記者表示,盡管LiFi前景看好,但目前大部分產(chǎn)品還依舊停留在實驗室階段,產(chǎn)業(yè)化之路仍舊漫長。比如需要把專業(yè)的芯片集成到手機和電腦里,這樣才有可能推廣,并且需要制定統(tǒng)一的技術(shù)標準。

  各領(lǐng)域合作突破科技壁壘

  項立剛表示:“要實現(xiàn)LiFi不僅需要在LED燈里內(nèi)置一個路由器,用來接收和傳遞信息,還需要在終端設(shè)備里內(nèi)置一個芯片,用于接收和轉(zhuǎn)化信號,這就需要電信運營商、手機制造商的共同參與,只有這樣才能實現(xiàn)LiFi的商業(yè)化應用?!?/p>

  由于LiFi主要的應用集中在控制、通信、定位三個方面,把通信與照明結(jié)合在一起,以更低的能耗和更低的成本,提供照明及具有安全性、可靠性的寬帶數(shù)據(jù)接入。因此,中興、華為等大型的通信公司也一直致力于這項技術(shù)的研究。

  傅志仁認為LiFi技術(shù)的第二個瓶頸是芯片的研發(fā),“無論是LED燈的信號控制還是信號接收后的實時處理,都需要專用的集成芯片,目前這方面的研究還很薄弱?!?/p>

  “LiFi技術(shù)涉及通信、照明、電力等許多行業(yè)領(lǐng)域,涉及產(chǎn)業(yè)鏈綿長。目前LiFi的產(chǎn)業(yè)鏈尚未成型,缺少協(xié)同。產(chǎn)業(yè)鏈以研究機構(gòu)為主導,LED廠商積極參與,但產(chǎn)業(yè)鏈缺少終端廠商、芯片廠商的支持。現(xiàn)階段研究機構(gòu)和企業(yè)研發(fā)出的LiFi系統(tǒng)多為原型機,使用自行設(shè)計的電路進行信號處理,設(shè)備體積龐大。通信設(shè)備的小型化和低能耗需要設(shè)計專用集成電路來實現(xiàn)。如果大規(guī)模普及LiFi技術(shù),將通信網(wǎng)絡接入每個燈泡,工程量巨大,必須通過一系列的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展?!备抵救矢嬖V第一財經(jīng)記者。

  如今,可見光通信已成為美國、日本和歐洲等國家在國際通信研究領(lǐng)域的必爭之地。

  在美國,以谷歌為代表的科技巨擘,以及波士頓大學ERC中心、加州大學UC-Light中心、賓州州立大學COWA中心等科研機構(gòu),正加緊開展可見光通信標準協(xié)議及相關(guān)系統(tǒng)的研發(fā)工作,并啟動了搶占相關(guān)市場的機制及策略研究。歐洲各國也在加強可見光通信方面的工作,主要由歐洲的20多家大學、科研單位和企業(yè)組成的OMEGA計劃來推進。

  我國從2011年開始,從國家層面部署可見光通信技術(shù)相關(guān)研究,最初由解放軍信息工程大學于宏毅研發(fā)團隊采用光學和電學相協(xié)同的處理方法,突破了可見光空間通道互干擾高效抑制等關(guān)鍵技術(shù),進入集成化、微型化設(shè)計與實現(xiàn)階段??萍疾坑?013年上半年啟動了中國第一個可見光通信相關(guān)國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃(國家863計劃)和國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃(國家973計劃)項目的研究工作。國內(nèi)多個大學和科研機構(gòu)都在開展可見光通信研究,例如中國科技大學教授徐正元、復旦大學教授遲楠和北京大學教授李紅濱等人帶領(lǐng)的團隊。

  2016年2月,中國電子技術(shù)標準化研究院和全國信息技術(shù)標準化技術(shù)委員會編制發(fā)布了《可見光通信標準化白皮書》,對國內(nèi)可見光通信產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)狀進行了深入分析,并就可見光通信技術(shù)、應用、芯片、標準化等方面提出了針對性的建議和意見。

  LED光源生產(chǎn)商成為新的行業(yè)攪局者

  穩(wěn)定的LED光源是LiFi技術(shù)得以實現(xiàn)的重要條件。因此,LiFi市場不再是傳統(tǒng)電信公司競爭的蛋糕,世界各大LED生產(chǎn)公司也加入了這場角逐,希望分得LiFi市場的一杯羹。

  項立剛認為,因為LED廠商本身就是做光線的,如果能夠在光線上加載通信能力,會使燈光變得有價值。今天的科研也應該走出高校,進入企業(yè)生產(chǎn),實現(xiàn)產(chǎn)品化才有意義。

  從全球來看,眾多LED照明供應商紛紛加入了這場競爭。昕諾飛已把智能互聯(lián)照明作為公司的重大戰(zhàn)略之一,目前正在有意識地減少傳統(tǒng)照明在公司的占比,加大面向未來的科研投入。該公司今年3月19日在德國法蘭克福宣布利用可見光波提供寬帶互聯(lián)網(wǎng)連接,是首家推出加載可見光通信功能辦公燈具產(chǎn)品的全球性照明企業(yè)。

  昕諾飛照明全球首席執(zhí)行官洪岸禮(EricRondolat)告訴第一財經(jīng)記者:“我們正在把大量創(chuàng)新資源投入傳感器、基于云服務的控制平臺、智能互聯(lián)照明、室內(nèi)定位技術(shù)和個性化家居照明系統(tǒng)等領(lǐng)域。2017年,我們計劃把4.8%的營業(yè)額投入研發(fā)?!?/p>

  國內(nèi)目前有LiFi題材的上市公司包括三安光電、中興通訊、鴻利光電、飛樂音響以及勤上光電等等。勤上光電作為國內(nèi)第一家涉足LiFi光通信的LED上市公司,與清華大學、中科院等合作,以LiFi為載體實現(xiàn)LED燈具的遠程數(shù)據(jù)傳輸和無線傳輸功能,布局智慧照明、智慧城市等方面;三安光電也在2015年7月與上海航天電子通訊設(shè)備研究所進行合作,共同開發(fā)并推廣室內(nèi)外LED智能照明通信(LiFi)產(chǎn)品,進軍智慧照明領(lǐng)域。

  LiFi在智慧城市中的空間

  實際上,可見光通信技術(shù)的4類應用包括局域網(wǎng)通信(VLAN)、定位增強信息廣播、高分辨力定位(自動定位)以及中等分辨力定位(室內(nèi)導航)。LiFi上網(wǎng)利用的是LiFi雙向傳輸,可以說是LiFi技術(shù)應用的終極目標。但在實現(xiàn)這個終極目標之前,LiFi在智慧城市建設(shè)中還可以大展拳腳。

  “未來的LiFi可以被用于路燈,作為智能城市應用的接入點;家用電器的指示燈可以通過天花板燈將這些設(shè)備連接到互聯(lián)網(wǎng);帶有集成LED燈的可穿戴式設(shè)備可以監(jiān)控健康參數(shù)并將數(shù)據(jù)發(fā)送到互聯(lián)網(wǎng)?!备抵救收f。

  LiFi在室內(nèi)有精準定位的功能,包括協(xié)助視覺障礙人群的室內(nèi)導航、進行超市人流統(tǒng)計以及精確位置測量等,其定位效果已達到1毫米的“零誤差”。以超市為例,顧客可以在商城或購物中心的指示牌通過手機等得到相關(guān)信息,超市可以用購物車對客戶行為進行調(diào)查以及方便客戶付款。

  歐洲和日韓的LED生產(chǎn)商都在推進LED可見光通信在智慧城市中的應用。昕諾飛已經(jīng)在迪拜的Aswaaq和阿姆斯特丹的萬得城MediaMarkt旗艦店推出“購物導航”應用程序,依托LED室內(nèi)定位系統(tǒng),幫助顧客借助智能手機快速定位商品位置并提供引導服務。

  在Aswaaq,單點的光通過可見光通信技術(shù)將位置信息發(fā)射出去,讓顧客能夠用手機獲取定位服務。據(jù)了解,在采取這項服務后,Aswaaq照明能耗降低了50%,也能幫助商家管理貨品陳列,并幫助顧客找到商品。

  姚夢明解釋說:“可見光通信是用手機的攝像頭去捕捉燈光的波動,然后用燈光波動作為信號來捕捉到燈具在哪里,再發(fā)送信號給燈具,這是可見光編碼的技術(shù)。所以它的通信是利用燈具發(fā)出的光和手機攝像頭之間產(chǎn)生的關(guān)聯(lián)?!?/p>

  在智能交通方面,傅志仁表示,智能交通網(wǎng)意味著通過交通燈與汽車燈之間進行信息交互,它可以對汽車進行精確定位,也可為今后無人駕駛汽車奠定基礎(chǔ);智能路牌可以建立在門牌與手機之間,通過手機與各個路牌指示燈得到自己精確的位置,也可以為路人盡快找到目的地以及為迷路的人找到回家的指示,特別是對一些盲人、小孩、老人提供幫助。

  目前,智能交通燈已經(jīng)有一些落地應用項目,比如昕諾飛就和美國鐵塔公司合作,在美國啟動了智能燈桿項目。加利福尼亞州的亨廷頓海灘作為首個試點城市,將率先部署200套智能燈桿。

  智能燈桿是在一個燈桿上集成了高品質(zhì)節(jié)能LED路燈和可以同時接入不同移動運營商的信號傳輸功能,可用于快速道路、街道、停車場,還可為偏遠地區(qū)增強移動信號覆蓋,提供節(jié)能效果達50%的LED照明。


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