拿着手電筒就能通話，打開台燈就有網了，這個魔幻技術美歐日都在激烈競爭！_風聞

只需有燈光就可實現通信、監控、定位，這種技術就是可見光通信技術（VLC），也即Li-Fi。

可見光通信可以改變無線頻譜資源緊張的狀況，光譜比無線電頻譜大10000倍，這意味着更大的帶寬和更高的速度；

可應用於已有照明網絡又希望能低成本增加通信功能的地方；

在飛機、醫院、礦井、核電站等電磁敏感區，以及電磁靜默的軍事環境地區等，可見光通信具有不可替代性。

我國與美國、歐洲、日本等的通信科研人員，都在競逐可見光通信這一研究領域。

Li-Fi競爭，中國處於什麼位置？

文 | 扈永順 吳振東 《瞭望》新聞週刊記者

本文轉載自微信公眾號“瞭望”（ID：OutlookWeekly1981），首發於2019年3月4日，原刊於《瞭望》2019年9期，原題為《Li-Fi競爭 中國在哪個位置》。

在復旦大學電磁波信息科學教育部重點實驗室裏，記者見到了一個神奇的場景：兩人分別手持可見光手電筒對講機，相隔10米左右的距離，只要一人的手電光打到另一人的接收裝置上，二人就能實現語音通話。

“這一點對點的實時通話系統，傳輸距離完全取決於光照強度。”復旦大學信息科學與工程學院教授遲楠介紹。

這種只需要有燈光就可以實現通信、監控、定位的技術，就是可見光通信技術(VLC），人們形象地將在室內應用的該技術稱之為Li-Fi。2011年時，美國《時代》週刊公佈的年度全球50大最佳發明中，英國愛丁堡大學的哈拉爾德·哈斯教授開發出的可見光無線上網解決方案排在第8位。

與Wi-Fi相比，Li-Fi在傳播速率、頻譜帶寬、安全性等方面都有優勢。可以想象：將來只要打開一盞枱燈，電腦就能聯網；汽車通過LED車燈與其他車輛或路牌等交換信息，實現智能駕駛。基於Li-Fi的精準定位功能，可用於商場超市的室內導航……這種魔幻技術何時才能進入現實？令人期待。

▲ 復旦大學電磁波信息科學教育部重點實驗室的可見光水下通信實驗平台 吳振東攝

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像烽火一樣傳遞信息

2000年前後，利用LED燈光來傳輸信息的可見光通信概念被提出。

“給普通的LED燈泡裝上微芯片，燈泡變成無線網絡發射器。我們以光源的明暗來代表信息，芯片控制LED每秒數百萬次閃爍，就好比明是‘1’，暗是‘0’，明暗不斷變化，產生一串‘0、1’序列，這就是我們傳輸的二進制信息。”遲楠向《瞭望》新聞週刊記者介紹，這和古代的烽火台一樣，只是機器的反應速度遠遠快於人眼，人們無法看到明暗的閃爍變化。

燈光下，電腦鏈接一套接收裝置，可以識別燈光快速明暗變化，並將二進制信息解碼，讀懂燈光裏的信息。

遲楠告訴本刊記者，可見****光通信可以改變無線頻譜資源緊張的狀況。現有的通信頻譜相對有限，而光譜比無線電頻譜大10000倍，這意味着更大的帶寬和更高的速度。例如，當前可見光通信實時傳輸速率支持1Gbps（比特每秒）的高速傳輸，用Li-Fi下載一部一個G大小的電影，只需要8秒。

基於這一優勢，可見光通信技術可應用於已有照明網絡又希望能低成本增加通信功能的地方，如地鐵站、商場、會議室等人口密集區；在一些無線電通信技術不能用的地方，如飛機、醫院、礦井、核電站等電磁敏感區，以及電磁靜默的軍事環境地區等。在上述地區，可見光通信具有不可替代性。

有燈光的地方，就有網絡信號。可見光通信技術使幾乎無處不在的照明設備搖身一變，具備了“無線路由器”“通信基站”功能。無線電通信電磁信號容易泄露，但利用“遮擋燈光、信號傳輸就會中斷”的特點，可以構建抗干擾、抗截獲的安全信息空間。在復旦大學實驗室裏，研究人員向記者現場演示了這一幕：不需關燈，只需遮擋光源，原本流暢的音頻傳輸就被立即截斷。

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爭相角逐難分伯仲

我國與美國、歐洲、日本等的通信科研人員，都在競逐可見光通信這一研究領域。起步時間僅差數月，“幾乎每個月都有新文章發表”，競爭的激烈程度可見一斑。

對於通信系統來説，傳輸速率的快慢是核心指標參數之一。

2013年，復旦大學遲楠團隊研發出的單顆LED離線數據傳輸速率為3.75Gbps，創造世界紀錄。但這一數據不久就被刷新，並且各方研究機構反覆拉鋸：2016年，復旦大學剛刷新的傳輸速率被英國牛津大學超過；2017年，復旦大學再次實現速率刷新，同年又被英國愛丁堡大學超過。

2018年，復旦大學實現了14.6Gbps的水下光通信紀錄，今年3月份該成果將會在美國的光纖通訊博覽會及研討會（OFC）上公佈。

僅有離線傳輸研究並不能真正實現可見光通信技術的正常應用，要想用可見光通信技術傳輸數據、視頻和音頻，還需要做實時數據傳輸研究。

2008年，中國科學院半導體研究所和美國、歐盟同年啓動了可見光通信技術研究，從材料、器件等到系統全方位發力，加之中國有全球最大的半導體照明市場和最多的企業作為依託，以及國家科研項目支持，Li-Fi的實時通信速率指標可與國際同行媲美。

中科院半導體所團隊基於熒光型LED研發的100Mbps可見光上網系統已在深圳市民中心等地多次公開展示，該系統比2018年上海進出口博覽會上英國的43Mbps的燈光上網系統，以及飛利浦的30Mbps燈光上網系統在通信速率方面高出很多。

各方齊頭並進、難分伯仲。德國在2016年實現了高效傳輸的實時系統，並在OFC會議上做了展出。遲楠團隊將在2019年巴黎可見光大會上，公佈與華為合作的實時傳輸系統成果。

有研究人員認為，可見光通信作為無線通信新技術，其整體成熟度不如射頻無線通信技術。從實驗室技術成熟度來看，基於照明光源的100Mbps或者1000Mbps量級的高速可見光通信技術還不成熟，但是中低速的可見光通信技術相對比較成熟。

中科院半導體所團隊自主開發的可見光智能家居控制系統協議，解決了物聯網應用領域低速可見光通信的閃爍問題；2018年，珠海橫琴華策光通信技術有限公司基於LED燈光定位技術的購物車已經在深圳天虹超市和北京天虹新奧店進行7200m2的商用。

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商業應用何時實現

復旦大學實驗室裏的展櫃，陳列着四代可見光高速實時樣機，相較於第一代體積龐大的樣機，現今樣機的體型不斷縮小。此外，諸如耳機孔可見光通信、可見光定位、水下通信等多個應用場景都有相應的樣機展示。

在某些特殊領域，可見光通信的優勢正在顯現。在核電站核安全區，為了避免電磁干擾，禁止任何無線通信，因此只能用光來通信，目前遲楠團隊已在福建寧德、廣東陽江和廣西防城港核電站安裝了樣機做試點。

對於可見光通信的大規模商業化應用，遲楠持保守態度。因為在芯片研製、產學研結合方面，我國與美、日等國仍有不小差距。

“無論是LED燈的信號控制還是信號接收後的實時處理，都需要專用的集成芯片，目前國內在這方面還有短板。”遲楠表示，國外頂尖研究機構在芯片研製上，會更多考慮光電子芯片與微電子芯片的綜合設計，而我國由於學科劃分，光電子和微電子的結合相對較少。此外，照明產業是傳統產業，通信屬於信息產業，這兩個產業缺少交集，缺少針對通信設計的LED器件。

在與眾多企業接觸後，遲楠還發現，雖然他們團隊已經站在了現有器件可達速率的頂端，但企業卻幾乎不會去考慮這樣高的速率。企業更多關心成本與市場，這是面向基礎研究的高校、科研院所的弱項。

相比之下，國外一些大學研究組與企業的結合更為緊密，例如美國波士頓大學和英國愛丁堡大學都有創業公司，國外產業化的腳步比國內邁得更快更大。蘇格蘭一家光通信技術公司pureLiFi已將Li-Fi產品賣給了醫院。

可見光通信產業鏈涉及從材料、芯片、模組、系統到網絡，這並不是一家企業、一個研究機構可以拉動的。如何進一步加強產學研協作，加速可見光通信的商用化，仍任重道遠。