Li-Fi——自由空间光网络通信技术

来自爱丁堡大学的哈拉尔德·哈斯（Harald Haas）是研究Li-Fi技术的先驱，并就这一课题发表了一系列优秀的TED演讲和论文，同时他也是一家领先的商业产品供应商pureLiFi的联合创始人。关于自由空间光通信目前已经有很多种标准了，其中最重要的标准是IEEE 802.15.7。这些系统的工作原理通常是通过调制安装在天花板的光源（一个类似于WiFi的接入点（AP）的小型发射器或者一个特殊设计的光源）向自由空间发送数据流，并通过远程设备上的光学接口接收数据流，已经针对具有Li-Fi接收器的智能手机进行了测试。这些系统倾向于用来非定向光源的相同调制信号来覆盖真个房间，房间内的所有接收设备都使用介质访问控制（MAC）协议和加密技术，从而只检索它们准备共享数据流那一部分内容。

如果我们不像传统的WiFi那样向所有的设备发送相同的全向光比特模式，而是尝试将独特的光束定向到每个设备（有点像升级版的MIMO），这样会有怎样的效果呢？其中一种方法是将光束偏转器（例如一对X-Y扫描检流计）放在调制光源的前面，并使光束沿着一条路径偏转，从而可以快速顺序访问其范围内的所有有源器件。该系统能够缓冲它所能接收到的所有端点的流量，设置偏转角指向所选端点，并以数千Mbps的速度爆发式传输数据，直到缓冲区用尽（或计时器耗尽），然后再将偏转器移动到下一个端点。事实证明在激光标记或激光显示等应用中使用的光束偏转器可以做到这一点。下图显示的是一个帽子大小的设备，集成了可偏转的自由空间光网络通信技术。如果将这样的设备挂在礼堂的天花板上或安装在水塔上，就可以同时为数千个端点提供快速、安全、不需要无线电就可以通信的数据带宽。若想了解更多这类网络通信技术，请查看美国专利6,650,451。

使用自有空间光网络技术的设备能够形成重叠的通信区域

如果我们想要更多的性能和容量呢？我们可以移除振动子的运动组件，它会使整个系统变慢，而且可能引起可靠性的问题，并将多个发射/接收波束收发器构建成一个紧凑的模块。设想一个外观类似一个高尔夫球大小的装置，它有数百个双向光束，每个“酒窝”都会形成一个光束。当远程设备进入它们的视觉范围内时，这些收发器的某个子集就会被激活。若固定底面站和移动终端都有这些收发器，就可以形成网状网络。当收发器移动时相邻的光束会发生切换，这项技术将连接大量无人机、工厂内的物联网设备等相关类似应用。美国专利9,350,448详细介绍了这种系统的操作原理，以及如何使用鱼眼透镜来构建多波束收发器的复杂光学系统。

总结

Li-Fi和其他自由空间光学技术为高性能网络带来了希望，它们不使用稀有和昂贵的无线电频谱，并具备更高的网络容量。此外这些技术比基于无线电的网络技术更加的安全，而且不容易受到干扰。

关键点

无线电网络技术比如WiFi、蜂窝网络都有容量限制，而且受可用的无线电频谱制约

从无线电技术转向Li-Fi这样的基于光通信的技术来携带信息，网络容量、安全、抗干扰以及系统的稳定性都可以得到提高

使用偏转或多波束端点的定向网络可以提供更好的容量和安全性