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欢迎光临Li-Fi的高速通讯世界
欢迎光临Li-Fi的高速通讯世界
[作者 盧傑瑞]   2017年06月14日 星期三 浏览人次: [19131]


爱沙尼亚的Velmenni,完成全球第一个验证,利用电灯泡可将传输速率提高到1Gb,这样的速度已经是Wi-Fi的100倍,如果下载一部HD影片的话,只需要数秒的时间就可以完成。


能够想像的到,无须安装无线基地台,只要利用目前家中电灯泡,并将每一个灯泡当作热点(Hot Spot)就能达到比现今Wi-Fi快100倍的高速无线通讯吗?这样的梦想已经实现了,更可以迈入实用化,这样的技术被称为Li-Fi(Light Fidelity)。



图六 : PureLiFi发表了第一代的小型Li-Fi系统产品-LiFi-X。
图六 : PureLiFi发表了第一代的小型Li-Fi系统产品-LiFi-X。

Li-Fi是可视光通讯的一种。相信第一代的公众可视光通讯应该是2700多年前的周朝,在建筑了一座一座的烽火台后,利用烽火通信的方法,向国都发出报警讯息,而天子也利用烽火,召集各路诸侯出兵卫国。时至今日,公众可视光通讯技术已经可以利用一颗小小的电灯泡来完成,和Wi-Fi同样具有高速、双向的网路行动通讯能力,由于光无法穿透墙壁,作为资料传输技术更具安全性,而且成本也比Wi-Fi便宜10倍。Li-Fi是可视光通讯的一种。相信第一代的公众可视光通讯应该是2700多年前的周朝,在建筑了一座一座的烽火台后,利用烽火通信的方法,向国都发出报警讯息,而天子也利用烽火,召集各路诸侯出兵卫国。时至今日,公众可视光通讯技术已经可以利用一颗小小的电灯泡来完成,和Wi-Fi同样具有高速、双向的网路行动通讯能力,由于光无法穿透墙壁,作为资料传输技术更具安全性,而且成本也比Wi-Fi便宜10倍。...



图一 : 智慧工厂带动整合风潮后,乙太网路导入工控领域的速度越来越快。
图一 : 智慧工厂带动整合风潮后,乙太网路导入工控领域的速度越来越快。
房中的每个房间都需要一个支援Li-Fi的照明设备。

Parameter

Li-Fi

Wi-Fi

Speed

房中的每个房间都需要一个支援Li-Fi的照明设备。...

房中的每个房间都需要一个支援Li-Fi的照明设备。...

Range

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Data Densty

房中的每个房间都需要一个支援Li-Fi的照明设备。...

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Security

房中的每个房间都需要一个支援Li-Fi的照明设备。...

Power Available

Reliability

房中的每个房间都需要一个支援Li-Fi的照明设备。...

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Transmit/Receive Power

房中的每个房间都需要一个支援Li-Fi的照明设备。...

Ecological Impact

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Device-to-Device Connectivity

房中的每个房间都需要一个支援Li-Fi的照明设备。...

房中的每个房间都需要一个支援Li-Fi的照明设备。...

Obstacle Interference

房中的每个房间都需要一个支援Li-Fi的照明设备。...

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Bill of Materials

房中的每个房间都需要一个支援Li-Fi的照明设备。...

Market Maturity

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房中的每个房间都需要一个支援Li-Fi的照明设备。...


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将Internet带向另一个革新的境界将Internet带向另一个革新的境界


事实上,这样的速度,经牛津大学研究人员实验室测试,传输速度是可到每秒224 Gb,快到差不多可以一秒下载18部1.5 GB 的电影,透过这样的传输速度与便利性,预计将会把Internet带向另一个革新的境界。



图三 : 根据Li-FI联盟技术说明,Li-Fi技术使用IR传输技术,可在10米内提供最高10Gpbs的速度。
图三 : 根据Li-FI联盟技术说明,Li-Fi技术使用IR传输技术,可在10米内提供最高10Gpbs的速度。

根据Li-FI联盟技术说明,Li-Fi技术使用IR传输技术,可在10米内提供最高10Gpbs的速度。


期望成为第5代行动通讯系统的标准,至少要具备了几项特点,包括了:


期望成为第5代行动通讯系统的标准,至少要具备了几项特点,包括了:


期望成为第5代行动通讯系统的标准,至少要具备了几项特点,包括了:


2.同步多方连接能力。要能够具有同时连接100倍终端设备的能力。


3.超低延迟,延迟时间必须低于1毫秒。


就以Velmenni的实验与发表,目前Li-Fi的技术似乎已经快要接近第5代行动通讯系统的期望值。未来3到5年内Li-Fi可望推向家用市场,让消费者也可以透过灯泡连上网路。

据Grand View Research的研究报告中预估,全球可见光通讯∕无线光通讯市场,在2024年预计达到1013亿美元的规模。具有低功耗、与网路安全的特点,将带动先进通讯系统与可见光通讯的发展,预计将在无线通讯的领域中占有一席之地。当然,目前这一技术发展目前还在起步中,相信只会针对一些利基型的应用提供服务,但是Grand View Research认为,在持续的研发投入下,将有助于可见光通讯∕无线光通讯扩大市场的规模,并且吸引更多的业者参与此一技术。



图四 : 2013-2024年美国VLC应用市场占有率。 (Source:Grand View Research;单位:百万美元)
图四 : 2013-2024年美国VLC应用市场占有率。 (Source:Grand View Research;单位:百万美元)

2013-2024年美国VLC应用市场占有率。 (Source:Grand View Research;单位:百万美元)


虽然在部分的技术层次Li-Fi具有相当的潜力性,市场也看好着此一发展趋势,不过,由于是采用光线进行通讯,因此Li-Fi也存在着先天的问题点,在普及应用之前,这些问题点还是需要被克服。


例如,在日光直射的环境下,或者是被强光瞬间或长期照射的环境下,Li-Fi的通讯能力几乎就不存在,这是因为目前所采用的光感测器,没有办法接收到来自光通讯元件所传送出来的讯号。此外,还有空间的环境也会影响Li-Fi的通讯能力,就像经常有家具搬动,以及随时出现影子干扰的起居室,被移动的部分家具互许也会将Li-Fi的讯号遮住,使得通讯出现中断的情况,因此,在Li-Fi的摆设位置上也需要被细心的考量。

苹果将​​支援Li-Fi技术?


目前iPhone∕iPad的无线技术可以支援最快802.11a/b/g/n/ac Wi-Fi,并具备MIMO(Multi Input Multu Output)技术,使得Wi-Fi速度可快达866 Mbps。但是,苹果对于在进行设计的未来几代产品中,似乎不满足这样的传输速率。



图七 : 接收端具体积小、可直接与NB及个人装置等连结。
图七 : 接收端具体积小、可直接与NB及个人装置等连结。

一位Twitter在贴文中提出iOS 9.1的代码中,发现「LiFiCapability」的字眼。 (Source:Apple insider)一位Twitter在贴文中提出iOS 9.1的代码中,发现「LiFiCapability」的字眼。 (Source:Apple insider)


也就是说,将为iPhone提供能捕捉Li-Fi光讯号的专利,能够在影像拍摄及资料收发上互相切换,这也就可以想像到镜头内将具备Li-Fi 收发装置,但由于目前Li- Fi 技术仍未普及,而且市场上亦缺乏相关的发射装置,所以一般估计要再过一到两代才会出现。

根据Harald Haas对于Li-Fi的原理说明,当定电流流过LED灯泡后,LED灯泡就可产生可视光的光能源。如果让电流出现强弱变化的话,光的强度也会随之变化。由于LED灯泡是半导体的制品,因此可以利用光感测器来侦测电流和光的变化,所以只要针对电流进行强弱变化,那么就可以达到超高速的调变能力。


根据Harald Haas对于Li-Fi的原理说明,当定电流流过LED灯泡后,LED灯泡就可产生可视光的光能源。如果让电流出现强弱变化的话,光的强度也会随之变化。由于LED灯泡是半导体的制品,因此可以利用光感测器来侦测电流和光的变化,所以只要针对电流进行强弱变化,那么就可以达到超高速的调变能力。


而由Harald Haas所创建的PureLiFi也正积极的与Cisco、Lucibel和LiFi Network进行合作,共同开发以Li-Fi为基础的光无线传输产品。到目前为止共发表了三代的Li-Fi系统技术。


而由Harald Haas所创建的PureLiFi也正积极的与Cisco、Lucibel和LiFi Network进行合作,共同开发以Li-Fi为基础的光无线传输产品。到目前为止共发表了三代的Li-Fi系统技术。经三代技术发展后,PureLiFi已确立其技术方向,以最新的LiFi-X产品为例,包含全双工(Full-Duplex)的收发传输模式、可支援PoE、PLC等;其中,接入点( AP)发射端对应至LED照明具有安装容易优势,网站(STA)接收端具体积小、直接与NB及个人装置等连结,达商品化应用阶段。



图四 : 2013-2024年美国VLC应用市场占有率。 (Source:Grand View Research;单位:百万美元)
图四 : 2013-2024年美国VLC应用市场占有率。 (Source:Grand View Research;单位:百万美元)

图一 : 凌华科技医疗与娱乐资讯智能工业事业处市场开发经理杨家玮指出,EtherCAT可协助制造业者降低成本、提升产能。 (摄影/王明德)
图一 : 凌华科技医疗与娱乐资讯智能工业事业处市场开发经理杨家玮指出,EtherCAT可协助制造业者降低成本、提升产能。 (摄影/王明德)

PureLiFi发表了第一代的小型Li-Fi系统产品-LiFi-X。

新加坡积极发展Li-Fi技术


PureLiFi也和新加坡媒体资讯通信发展管理局(IMDA)合作,进行Wi-Fi的替代技术Li-Fi,IMDA也核准在新加坡展开Li-Fi测试。另外,IMDA公布免除与Li-Fi测试所需400THz至800THz频段的频率费用,以便鼓励和促进在新加坡进行的测试。同时,新加坡国家投资机构淡马锡控股,在2016年更对PureLiFi进行了700万英镑的B轮融资。


而新加坡科技研究局和国立大学的研究人员,合作开发了一款可选波长的光感测器,能够侦测到被包含在白光中的蓝光波段,使得在Li-Fi基础下,上网速度从5MHz提高到20MHz。在感测白光在450nm和560nm的波段,所分析出的黄光光谱中,发现到蓝光的衰减时间为1.4ns,较黄光发射的54.4ns更快许多。



图二 : 房中的每个房间都需要一个支援Li-Fi的照明设备。
图二 : 房中的每个房间都需要一个支援Li-Fi的照明设备。

新加坡研究人员利用InGaN开发出一款具有V型凹槽纹理的LED。

印度计画应用在航空器上


长久以来乘客在搭乘飞机时要求使用无线通讯,一直是航空公司、飞机制造业者,以及航空管理单位甚为头痛的问题,由于利用微波做为资料传输载体的无线通讯,虽无法证实的确会影响飞行安全,但因为微波发射时功率的关系,大多航空公司都拒绝了乘客在搭乘航空器时使用无线通讯产品,因此印度的Velmenni便针对航空器环境开发了Li-Fi相关产品,计画在2017年推出。


Velmenni相信,为了保护航空电子设备免受无线信号干扰,Li-Fi技术绝对是一个安装选项。这就意味着可以在飞机机舱内建立一个以Li-Fi为基础的区域网路,除了可以为乘客提供娱乐节目之外,并让支援Li-Fi机制的手机和电脑连接上网。目前,Velmenni正与欧洲大型飞机制造厂商空中巴士进行合作,提供一架飞机机舱实体模型,让Velmenni进行安装和测试Li-Fi网路,Velmenni计画使用乘客的阅读灯来传送信号。



图一 : NI国家仪器技术行销工程师吴维翰指出,TSN在乙太网路频宽中切出专属通道,同时保存了IT、OT两种系统的特色,不必因为制造系统的网路更换。 (摄影/王明德)
图一 : NI国家仪器技术行销工程师吴维翰指出,TSN在乙太网路频宽中切出专属通道,同时保存了IT、OT两种系统的特色,不必因为制造系统的网路更换。 (摄影/王明德)

目前Velmenni有三个不同的产品,包括了Li-Fi传输器、INTERENT HUB和MESH HETWORKING。 2015年3月Velmenni已经用该技术实现了10公尺内 1Mbps的传送速率。 2015年11月,更以最快1GBps的速度发送资料。 Velmenni表示,世界上很多地方还达不到1Mbps每秒的速度,在进行成果转化和商业化的时候,会考虑在不同应用范围内的限制性,例如飞机上由于资料传输的特殊性,可能在设计解决方案这方面要进行调整,而不是光考虑到速度的问题。...

三至四年 Li-Fi可望商业化


三至四年 Li-Fi可望商业化


虽然如此,但是对于想购买并且应用Li-Fi技术产品的用户,可能还得耐心地等待一段时间。


目前尚不清楚PureLiFi是否会制造Li-Fi本身所需要的晶片组,或者与其伙伴合作。不过,PureLiFi正在与其他利益相关者积极合作,制定Li-Fi标准,确保各个设备的性能一致,做到像Wi-Fi标准一样。目前尚不清楚PureLiFi是否会制造Li-Fi本身所需要的晶片组,或者与其伙伴合作。不过,PureLiFi正在与其他利益相关者积极合作,制定Li-Fi标准,确保各个设备的性能一致,做到像Wi-Fi标准一样。


是透过空气传播,而不是倚靠有形的光纤传输,因此如何能准确传送资讯,以及避免难以预估的各种干扰,这在技术上还是有一定的困难度与局限,再加上相关搭配得元件及模组尚未成形,因此现阶段还难以完全商用化,不过有部分专家相信,Li-Fi的无线传输技术将会在未来三到四年内达到商业化的阶段,因此这一项工程还需仰赖包括光源元件、调变技术、感测技术等等各方面的能力配合,才能期待Li-Fi的普及之路是在不久的将来。


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