LiFi技术发展及对监管的影响

一、LiFi的最新进展

LiFi（Light Fidelity）技术是一种利用可见光波谱（如灯泡发出的光）进行数据传输的全新无线传输技术,采用白光LED作为光源，利用LED灯光承载的通信信号直接调制LED的发光强度来传输信息，无需光纤等有线信道的传输介质，在空气中直接传输光信号。LiFi技术是照明与通信的深度耦合。

在去年的MWC2016大会上，爱丁堡大学的哈斯教授创立的Pure LiFi公司推出了第三代LiFi产品——外接式传输新产品LiFi-X。LiFi-X配备一个可连接任何LED灯具的接入点以及一个名片大小的适配器，该适配器可通过USB 2.0接口连接到移动设备。LiFi-X上下行传输速率都达到了40Mbps。在今年的MWC 2017大会上，PureLiFi公司发布了一个时尚的新型集成Li-Fi灯具。将Li-Fi调制元件集成为一个黑色环，用于环绕LED灯。环与天花板齐平，这使得搭载Li-Fi的LED灯与普通的灯几乎毫无区别。这款新灯具可以一次支持8到16个用户连网，并以45Mbps的速度传输数据。

二、LiFi的性能特点

LiFi具有数据传输速度快、建设便利、低能耗、安全性强等特点。

（1）传输速度快

可见光的频谱带宽是目前电磁波带宽的10000倍。目前实验室测试最高速率达到50Gbps，是目前WiFi最快标准（802.11ac，可达到1Gbps）的50倍。

（2）建设便利，光源易得

LiFi技术利用已铺设好的设备（无处不在的灯泡），只要在灯泡上植入一个微小的芯片，就能变成了类似于AP（WiFi热点）的设备，使终端随时能接入网络。目前全世界的电灯泡数量约有140亿盏。例如高速公路上的路灯，人们在高速行驶的车上就能轻易地接收到路灯传来的信号。

（3）绿色健康，低能耗

LiFi技术不依靠无线电波，不会产生电磁干扰。通过LiFi在飞机上连接互联网，不必屏蔽电子设备了。此外，LiFi技术在偏远地区能比WiFi更方便地连接到互联网，譬如煤矿，煤矿工人可以利用Lifi使用地理定位系统、打电话或者上网。可见光对人类来说是绿色的、无辐射伤害的一种物质。同时用光来通信能减低能耗，不需要像基站那样提供额外的能耗。开灯照明的同时就能传输信号，消耗功率还不到发光功率的5%。

（4）安全性强

与无线电波可以穿透物体进行传播相比，LiFi只能沿直线传播，不会穿透墙体，从安全角度讲，不容易被截取而泄露信息。

基于LiFi的特点，可将LiFi无线局域网需求分为两类：一是作为无线接入的替代，适用于目前不适合无线接入的场景，例如对电测辐射比较敏感的场景，对安全和保密通信要求比较高的场景，无线电波不可达而可见光可达的场景；二是作为无线接入的补充，适用于存在普通的无线接入的局域网，在无线频谱紧张的情况下，对无线局域网进行负载分流。这些场景包括家庭无线接入、点对点通信。

三、LiFi发展前景及对监管的影响

1、LiFi目前存在的问题

我国在可见光通信领域的研究起步较晚，但似乎已后来居上。如今我国的相关专利申请数量在全球已是第一，达到1700多项。与专利申请数量爆发形成鲜明对比的是，LiFi技术的产业化进程却十分缓慢。目前还没有公司做出批量化的产品，现在都是实验室的样品、示范。企业院校对LiFi的研究还停留在起步阶段，规模化生产的产品还没有出现。技术发展的瓶颈、产业链缺少协同和市场定位不清晰等原因限制了LiFi的产业化进程。

技术方面：一是可见光不能穿透障碍物的阻挡，传输距离有限。之前所报道的Gbps的传输，传输距离仅为分米级，在小于3m的情况下，可以实现100Mbps的传输；二是双向传输存在一定难度。LiFi的上行比较难实现，需要在专用的上网卡上加装用于上行传输的LED灯，并同时在下行传输的LED灯具上加装接收上行信号的光探测器。而受体积限制，用于上行的LED灯的功率不能很高，这就限制了上行传输的速率。三是信号受环境光干扰比较大。如果环境光源比较强，很有可能LiFi会无法正常通信。真正的干扰是可见光通信器材之间的干扰，屋里不可能只有一个LED灯泡，一个接收器可以接收到许多LED发射器发射的信号，这种干扰是致命的。这些发射器之间需要协同作业，用电力线或者以太网线进行互联。四是照明技术与通信技术深度融合缺乏基础研究（照明通信共用器件/共用驱动等），现有光学器件针对可见光频段缺乏针对性设计，同质异质链路组网机制研究不足。

产业链方面：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。

市场定位方面：LiFi市场定位尚不清晰，未出现杀手级应用。在大众应用市场，4G网络体验越来越好，与WiFi形成互补，大幅缓解了人们的上网需求，使用LiFi替代WiFi的意愿并不强烈。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。

2、未来发展前景及对监管的影响

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不能仅仅被视为一种无线通信技术，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。

近期，LiFi主要应用于电磁干扰敏感区域，典型场景包括水下、机舱、舰船、医院、矿井、坑道、室外等，可以提供一种中近距离无线宽带信号传输方式。远期，由于现阶段在非电磁干扰敏感区域尚没有杀手级应用，只有当高速高密度的需求超出无线电频谱资源承载能力时，可见光通信的价值才会体现出来，典型场景包括家庭、办公室、大型公共场所等室内高速接入应用领域。

LiFi发展涉及产业众多（通信、照明、电力、交通等），产业启动周期长，近期难形成全面爆发式增长态势。LiFi产业应用将按照“从低速到高速，从单向到双向，从行业到大众”的原则逐步发展。

LiFi使用的可见光频谱相比无线电波更为丰富，目前使用无需牌照，自由使用。从频谱管理角度看，一方面LiFi可以缓解移动通信技术日益增长的频谱需求，应密切关注LiFi的发展进程和应用场景。另一方面，LiFi使用的可见光频谱资源未来或需进行管理，避免因为LiFi的广泛使用而出现干扰等问题。

作者简介：张丽萍，中国信息通信研究院产业与规划研究所高级工程师，主要研究方向为无线技术与应用。