5g极速上网（LiFi为智慧城市提供新的可能）

“嗨，不好意思，你挡住我的信号了。”如果有一天用LED灯发射的灯光连接无线网得以普及，这可能就会成为你生活中的口头禅。

这种用灯光来连接无线网的技术叫做LiFi（Light Fidelity），全称“可见光无线通信”，是可见光通信技术的一种。LiFi实际上是通过在灯具上植入一个微小的芯片，形成无线访问接入点（类似于WiFi热点），靠LED灯发出肉眼看不到的高速明暗闪烁的信号来传输信息，电子设备可以直接接入互联网。

在LiFi时代，你可以在街头，利用路灯下载电影；在家里，打开台灯下载歌曲；即便是在水下，只要有灯光照射就可以上网。这听起来很神奇，但已经有了第一个商业应用项目。

近日，法国房地产投资公司Icade在其位于巴黎拉德芳斯的智慧办公室中率先尝试使用飞利浦照明[现已更名为“昕诺飞（Signify）”，下称“昕诺飞”] LiFi技术布局整个办公室。在Icade智慧办公室里，灯光不仅可以随着一天之内自然光的强弱自我调节，而且还可以发射网络信号。员工们在任意灯光下都可以连接这束灯光所发射出来的无线网信号。

LiFi解决无线频谱紧张难题

“可见光通信技术绿色低碳、可实现近乎零耗能通信，还可有效避免无线电通信电磁信号泄露等弱点，快速构建抗干扰、抗截获的安全信息空间。”中国电信总师室主任傅志仁告诉第一财经记者。

由于LiFi具有数据密度高、廉价和安全等诸多优点，一度被各国专家认为是未来移动互联网发展的趋势，并被认为是取代WiFi的有力竞争者。据傅志仁介绍，LiFi在传播速率、频谱带宽、安全性等方面都有优势。

最重要的是，LiFi的出现解决了无线频谱紧张的问题。傅志仁说，WiFi利用的无线电频谱资源是有限的，而LiFi利用的是光谱，其带宽是无线电频谱的10000倍。改变无线频谱资源紧张的状况也是研发LiFi的初衷。

“目前，全世界约一半的网络传输量由WiFi承担，由于上网人数还在不断增多，这个百分比将会继续上涨，届时，很多专家担心的‘频谱危机’也会随之而来，速度不断减慢。” 傅志仁告诉第一财经记者，“在未来十年内，信息的传输量将超出现有无线电频谱的承载能力，LiFi不只是一种无线通信技术，更有望激活带宽达到300THz的可见光谱频谱资源，是破解传统无线电频谱资源严重匮乏困局的新途径。”

使用WiFi时的网速一般可以达到54～250Mbit/s，而LiFi在理论研究上速率可以达到1～3.5Gbit/s。我国工业和信息化部也在2015年11月13日测试认证，中国可见光通信实时通信速率提高至50Gbp/s，相当于0.2秒即可完成一部高清电影的下载。

但傅志仁告诉第一财经记者，如此高的速度是在距离极其短的情况下测得的，由于可见光信号在传播介质中极易迅速衰减，所以一般情况下，“在小于3米的情况下，可以实现100 Mbit/s的传输。”

据法国Icade项目中的LiFi负责方——昕诺飞相关负责人介绍，在Icade项目中，光线信号通过连接在笔记本或平板电脑上的USB LiFi网卡捕捉，随后USB LiFi网卡将信号通过红外连接回传给灯具。LiFi可实现每秒30 Mbit/s的高速宽带连接，用户可以在传输多部流媒体高清影片的同时进行视频电话。

昕诺飞中国区照明设计和应用部总经理姚梦明对第一财经记者表示，LiFi会在灯具上设置调制解调器，把灯光调制成今天可被认可的光的波动信号，再下传到增加了LiFi网卡的电脑上，然后由网卡再把信号通过红外回传到灯具上，从而产生循环，进而生成双向通信。在他看来，LiFi网卡未来一定会集成在电脑或者手机上。

LiFi除了速度快，在安全性方面也有比WiFi更好的表现。由于可见光通信必须在LED光源开启时才能传输，只要光线透不出去，就能形成封闭式通信网络，其安全等级较其他无线传输技术更高。“由于可见光只能沿直线传播，且其上行和下行信道是独立运行的，黑客必须处在同一个房间中，并同时侵入两个信道才能完成一次真正意义上的攻击。因此，要想在光线传播线路之外进行信号窃取和干扰非常困难。”傅志仁告诉第一财经记者，“LiFi的安全性还表现在LiFi技术不依靠无线电波，不会产生电磁干扰，没有辐射，并且对人体无伤害。”

因此，LiFi可用于飞机、医院等对无线电信号较为敏感的地区，还有WiFi信号无法覆盖的地下和水下环境或偏远地区，也适用于对安全性有较高要求的金融机构或政府部门。

傅志仁认为，LiFi只有通过逐步示范应用，找到杀手级应用作为突破口，才能在宽带无线应用市场找到一席之地。

LED灯的普及创造了LiFi的可能性

虽然LiFi的未来听起来很美好，但并不是说LiFi可以完全替代WiFi，原因在于LiFi利用的是可见光。“LiFi要确保照明设备在有效范围内，也要保证光线不被遮挡，一旦光线被遮挡，LiFi信号就会减弱甚至中断。”傅志仁说，“因为灯光可能被遮挡，我们以后在使用LiFi的过程中就可能会经常说‘请让一下，你挡着我的信号了’。”

中国通信业知名观察家项立刚告诉第一财经记者：“LiFi是靠光来传播的，必须要让可见光照射到这样的一个设备上才能传播，而且光不能绕射，一旦被遮挡信号就会变弱。另外，LED的灯光也可能会受到窗口射进来的光的影响，这都会造成LiFi的不稳定性。”

同时，LiFi技术对所使用的LED灯光有很高要求。LED灯里需要加装用于接收信号的光探测器。“LiFi大规模应用的一个主要瓶颈就在于发射光源的LED灯。”傅志仁说，“LED灯充分考虑闪烁和调光问题。”

光通信技术奠基人、电报发明者贝尔早在上个世纪就曾设想将可见光作为媒介实现通信。不过，由于当时灯光技术条件的限制，该技术不能得以实施。近年来LED灯具的普及让LiFi有了可行性。因为LED灯有高调制速率，在人眼感觉不到光的闪烁的情况下，就可以把数据传输到5米以外。

根据国际权威机构预测，2018年可见光通信的市场将会达到约60亿美元，未来的应用可能达到万亿规模。可见光通信不仅仅是具有万亿产值的战略新兴产业，更是涉及LED照明、物联网和通信领域交叉融合的新技术。

昕诺飞全球专业照明事业部负责人Harsh Chitale表示：“如果想要实现从光源到后台网络的传输，就需要跟许多企业合作，其中包括电信基础设施企业，昕诺飞与思科的合作就是这样的例子。我们的光源是连接到以太网供电（PoE）网络的，因此，我们需要通过与其他网络电信企业合作来实现完整的解决方案。”

项立刚也对第一财经记者表示，尽管LiFi前景看好，但目前大部分产品还依旧停留在实验室阶段，产业化之路仍旧漫长。比如需要把专业的芯片集成到手机和电脑里，这样才有可能推广，并且需要制定统一的技术标准。

各领域合作突破科技壁垒

项立刚表示：“要实现LiFi不仅需要在LED灯里内置一个路由器，用来接收和传递信息，还需要在终端设备里内置一个芯片，用于接收和转化信号，这就需要电信运营商、手机制造商的共同参与，只有这样才能实现LiFi的商业化应用。”

由于LiFi主要的应用集中在控制、通信、定位三个方面，把通信与照明结合在一起，以更低的能耗和更低的成本，提供照明及具有安全性、可靠性的宽带数据接入。因此，中兴、华为等大型的通信公司也一直致力于这项技术的研究。

傅志仁认为LiFi技术的第二个瓶颈是芯片的研发，“无论是LED灯的信号控制还是信号接收后的实时处理，都需要专用的集成芯片，目前这方面的研究还很薄弱。”

“LiFi技术涉及通信、照明、电力等许多行业领域，涉及产业链绵长。目前LiFi的产业链尚未成型，缺少协同。产业链以研究机构为主导，LED厂商积极参与，但产业链缺少终端厂商、芯片厂商的支持。现阶段研究机构和企业研发出的LiFi系统多为原型机，使用自行设计的电路进行信号处理，设备体积庞大。通信设备的小型化和低能耗需要设计专用集成电路来实现。如果大规模普及LiFi技术，将通信网络接入每个灯泡，工程量巨大，必须通过一系列的产业化发展。”傅志仁告诉第一财经记者。

如今，可见光通信已成为美国、日本和欧洲等国家在国际通信研究领域的必争之地。

在美国，以谷歌为代表的科技巨擘，以及波士顿大学ERC中心、加州大学UC-Light中心、宾州州立大学COWA中心等科研机构，正加紧开展可见光通信标准协议及相关系统的研发工作，并启动了抢占相关市场的机制及策略研究。欧洲各国也在加强可见光通信方面的工作，主要由欧洲的20多家大学、科研单位和企业组成的OMEGA计划来推进。

我国从2011年开始，从国家层面部署可见光通信技术相关研究，最初由解放军信息工程大学于宏毅研发团队采用光学和电学相协同的处理方法，突破了可见光空间通道互干扰高效抑制等关键技术，进入集成化、微型化设计与实现阶段。科技部于2013年上半年启动了中国第一个可见光通信相关国家高技术研究发展计划(国家863计划)和国家重点基础研究发展计划(国家 973 计划)项目的研究工作。国内多个大学和科研机构都在开展可见光通信研究，例如中国科技大学教授徐正元、复旦大学教授迟楠和北京大学教授李红滨等人带领的团队。

2016年2月，中国电子技术标准化研究院和全国信息技术标准化技术委员会编制发布了《可见光通信标准化白皮书》，对国内可见光通信产业化现状进行了深入分析，并就可见光通信技术、应用、芯片、标准化等方面提出了针对性的建议和意见。

LED光源生产商成为新的行业搅局者

稳定的LED光源是LiFi技术得以实现的重要条件。因此，LiFi市场不再是传统电信公司竞争的蛋糕，世界各大LED生产公司也加入了这场角逐，希望分得LiFi市场的一杯羹。

项立刚认为，因为LED厂商本身就是做光线的，如果能够在光线上加载通信能力，会使灯光变得有价值。今天的科研也应该走出高校，进入企业生产，实现产品化才有意义。

从全球来看，众多LED照明供应商纷纷加入了这场竞争。昕诺飞已把智能互联照明作为公司的重大战略之一，目前正在有意识地减少传统照明在公司的占比，加大面向未来的科研投入。该公司今年3月19日在德国法兰克福宣布利用可见光波提供宽带互联网连接，是首家推出加载可见光通信功能办公灯具产品的全球性照明企业。

昕诺飞照明全球首席执行官洪岸礼（Eric Rondolat）告诉第一财经记者：“我们正在把大量创新资源投入传感器、基于云服务的控制平台、智能互联照明、室内定位技术和个性化家居照明系统等领域。2017年，我们计划把4.8%的营业额投入研发。”

国内目前有LiFi题材的上市公司包括三安光电、中兴通讯、鸿利光电、飞乐音响以及勤上光电等等。勤上光电作为国内第一家涉足LiFi光通信的LED上市公司，与清华大学、中科院等合作，以LiFi为载体实现LED灯具的远程数据传输和无线传输功能，布局智慧照明、智慧城市等方面；三安光电也在2015年7月与上海航天电子通讯设备研究所进行合作，共同开发并推广室内外LED智能照明通信（LiFi）产品，进军智慧照明领域。

LiFi在智慧城市中的空间

实际上，可见光通信技术的4类应用包括局域网通信(VLAN)、定位增强信息广播、高分辨力定位(自动定位)以及中等分辨力定位(室内导航)。LiFi上网利用的是LiFi双向传输，可以说是LiFi技术应用的终极目标。但在实现这个终极目标之前，LiFi在智慧城市建设中还可以大展拳脚。

“未来的LiFi可以被用于路灯，作为智能城市应用的接入点；家用电器的指示灯可以通过天花板灯将这些设备连接到互联网；带有集成LED灯的可穿戴式设备可以监控健康参数并将数据发送到互联网。”傅志仁说。

LiFi在室内有精准定位的功能，包括协助视觉障碍人群的室内导航、进行超市人流统计以及精确位置测量等，其定位效果已达到1毫米的“零误差”。以超市为例，顾客可以在商城或购物中心的指示牌通过手机等得到相关信息，超市可以用购物车对客户行为进行调查以及方便客户付款。

欧洲和日韩的LED生产商都在推进LED 可见光通信在智慧城市中的应用。昕诺飞已经在迪拜的Aswaaq和阿姆斯特丹的万得城MediaMarkt旗舰店推出“购物导航”应用程序，依托LED室内定位系统，帮助顾客借助智能手机快速定位商品位置并提供引导服务。

在Aswaaq，单点的光通过可见光通信技术将位置信息发射出去，让顾客能够用手机获取定位服务。据了解，在采取这项服务后，Aswaaq照明能耗降低了50%，也能帮助商家管理货品陈列，并帮助顾客找到商品。

姚梦明解释说：“可见光通信是用手机的摄像头去捕捉灯光的波动，然后用灯光波动作为信号来捕捉到灯具在哪里，再发送信号给灯具，这是可见光编码的技术。所以它的通信是利用灯具发出的光和手机摄像头之间产生的关联。”

在智能交通方面，傅志仁表示，智能交通网意味着通过交通灯与汽车灯之间进行信息交互，它可以对汽车进行精确定位，也可为今后无人驾驶汽车奠定基础；智能路牌可以建立在门牌与手机之间，通过手机与各个路牌指示灯得到自己精确的位置，也可以为路人尽快找到目的地以及为迷路的人找到回家的指示，特别是对一些盲人、小孩、老人提供帮助。

目前，智能交通灯已经有一些落地应用项目，比如昕诺飞就和美国铁塔公司合作，在美国启动了智能灯杆项目。加利福尼亚州的亨廷顿海滩作为首个试点城市，将率先部署200套智能灯杆。

智能灯杆是在一个灯杆上集成了高品质节能LED路灯和可以同时接入不同移动运营商的信号传输功能，可用于快速道路、街道、停车场，还可为偏远地区增强移动信号覆盖，提供节能效果达50%的LED照明。

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