“低头族”再等一等：点LED灯上网，或在2017年推广

 

不用找WIFI信号，点一盏LED灯就能实现高速上网？这可不是天方夜谭。最近，复旦大学信息科学与工程学院传出的这则好消息，迅速引发广泛关注。该院迟楠教授领衔的课题组，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3.7G，平均上网速率达到150M，创造了“灯光上网”速度的世界纪录。下个月，10台样机将亮相2013年上海工博会。

那么，灯光上网离我们有多远？羊城晚报记者采访发现，说近不太近，有很多产业化问题需要解决；说远也不太远，上海市宽带中心的相关负责人称，应该能在2017年推广。

孕妇都不用担心辐射

灯光上网，并非复旦大学首创。早在2000年，日本科学家率先开始研究这种新技术。2011年，这项技术首次出现了实物研究，获得重大突破。德国物理学家哈拉尔德·哈斯和他在英国爱丁堡大学的团队，利用闪烁的灯光来传输数字信息，这个过程被称为可见光通讯（VLC），他们为此申请了一项专利，人们形象地称之为“LiFi”。

最近几年来，可见光通信已经成为国际通信研究领域的必争之地，美国、欧洲、日本等国的通信科研人员，都在争相进行研究。据介绍，竞争焦点就在于传输速率。今年年初，复旦大学信息学院通信工程系迟楠的课题组刚刚发表了可见光传输速率在1.5G的科研成果，这一速度很快就被国际学界同行刷新。而就在前几天，迟楠教授课题组在实验室创造了新的传输速度世界纪录：M离线最高单向传输速率达到3.7G，实时系统平均上网速率达到150M。

据介绍，去年开始，上海市科委已在全市高校和科研院所布局这一国际前沿的无线通讯技术，上海宽带中心、复旦大学、技术物理所等单位共同承担“可见光通讯关键技术研究与应用”课题，迟楠任课题负责人。

迟楠教授介绍，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。研究中，给普通的LED灯泡装上微芯片，可以控制它每秒数百万次闪烁，亮了表示1,灭了代表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。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。灯光下的电脑，通过一套特制的接收装置，读懂灯光里的“莫尔斯密码”。

“LiFi没有辐射，它是属于一个自然光谱里头的可见的部分，所以人类照明都照了几千年了，不像有一些微波信号,已经非常强了，可你根本看不见它。”迟楠介绍，与已经普及的WiFi相比，未来的可见光通讯安全又经济。WiFi有电磁辐射，无线信号穿墙而过，网络信息不安全。而灯光通信更安全，可以实现“有灯光的地方，就有网络信号。关掉灯，网络全无。”而且，VLC频谱是400T-800THz，无线通信在2-5GHz左右，光谱比无线电频谱大10000倍，意味着更大的带宽和更高的速度，VLC更有高速潜力。

所以灯光上网可以用于保密通讯，因为只要挡住灯光，就挡住了信号。对于孕妇来说，用了灯光上网，就不用担心网络辐射问题。LiFi还适用于很多特殊的场所，比如水下作业，因为WiFi技术利用无线电通信，但无法穿透水，可见光却可以。还有像飞机、手术室等对无线电干扰高度敏感的场所，灯光上网也很适用。

可以全天候播高清电视

在实验室，课题组不仅利用可见光传输信号，并且实现能够“一拖四”，即点亮一盏小灯，4台电脑即可同时上网、互传网络信号。由于传输速度开创世界纪录，所以这个实验室里的电脑，用灯光上网都可以连接电视看视频。“我们的样机比较稳定，试验中可以连续播放高清电视一天都没有问题。”迟楠介绍，VLC传输速率与传输距离是相互制约的，目前复旦实验室实现的150Mb/s速率，可以传3米，10Mb/s速率则可以传15米。

“数据上传的方案，我们归纳有3种，一种是双向可见光通信，这要求笔记本有LED灯。其次是下行可见光，上行红外。还有就是半光模式，下行可见光，上行采用无线的方式。”迟楠介绍，目前，课题组一共做出了10台样机。其中就有下行可见光，上行红外模式的样机，即发射信号用LED灯泡可见光，电脑上传信号用红外线。

由于灯光上网遇到墙壁等阻拦就无法实现，所以项目组目前也有研究dark led通讯，就是在弱光环境下上网的情况。此外，迟楠还开展电磁波谱其他波段的通信研究，例如Q band，W band通信，这些波段进入了毫米波波段甚至太赫兹波段。

接入方式首选智能电线

在接入方式上，实现灯光上网后，是不是就可以抛弃宽带线呢？

迟楠介绍，LED可见光通信可以有多种接入方式，但利用电线接入是首选。“我们觉得最自然的接入方式是电线。因为灯头里总是有电线，如果拉网线或者光纤到灯头里，会改变建筑的配线布局。所以我们的系统是用电线接入到LED灯，通过发射驱动电路把信号承载到灯光上。”

记者了解到，电线接入宽带信号，首先要求电线本身是智能电线，可以传输信号（比如远程抄表所用的电线就具有传输信号的功能）。如今，上海浦东有相当部分地区已经实现了智能电网覆盖，在这些区域，就有了用电线接入网络信号的基础条件。但在智能电线尚未架设的区域，这种接入方法就不能实现，需要用宽带接入，然后在屋内将信号接入LED灯泡的方法。

技术还需更多研究

实现民用尚需时日

“但VLC技术还需要更多严谨的科学研究。样机的实现只是开始，VLC没有专用芯片组，发射接收系统都非常庞大，这些都是需要完善的。距离实用化有相当长的路要走。”迟楠说。“我们要客观看待VLC技术。LED等不是为通信而设计，所以LED灯珠带宽很窄，约20MHz，而且有很强的非线性效应。探测器也不是专为可见光波段设计，蓝光不是最敏感频段。所以在材料、器件、封装、模块等方面都需要做一系列研究。”

她介绍，目前复旦实验室里，由于没有专用芯片组，所以从灯光通讯控制到芯片设计制造等一系列关键技术产品，都是研究人员自己“动手做”，用于收发网络信号的发射器和接收器，都有两个笔记本电脑那么大。这显然还无法普及到日常生活中。所以，相关芯片的压缩和产业化，是灯光上网走进寻常百姓家前面临的首要难题。

然后，还有数据的双向传输问题。上网不仅要下载还要上传，灯光照射在电脑上容易，但电脑或者手机要安装多大的灯泡才能回传数据？

记者了解到，迟楠教授课题组的长处在于，通过一系列高阶算法提高VLC速率。国际上，提高传输速率的研究方法还有很多，英国爱丁堡大学、美国乔治亚理工大学还在新材料等方面下功夫。有些研究甚至已经在LED灯泡中用上了具有智慧处理功能的新材料。而我国在这种新材料方面的研究还有差距。

迟楠认为，总体来说，LiFi是下一代智慧城市的应用。在下一代城市中，智能电网完备，智能电线连接到千家万户。再配上集约化芯片所做成的VLC发射和接收设备，灯光上网就可以普及。她表示，目前来说，Lifi并不是WiFi的竞争对手，而是一种相互补充，有助于释放频谱空间。

不过，上海宽带中心总工程师陆肖元对灯光上网的普及进程更为乐观。作为共同承担“可见光通讯关键技术研究与应用”课题的三方之一，他介绍，上海宽带中心的领导相信，灯光上网应该能在2017年推广。