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美国有线电视网络实验室对可将光通信Li-Fi系统的研发现状与展望

CableLabs(美国有线电视网络实验室)目前正在研究双向有线电视网络的家庭室内无线传输网络新技术,其中的一大方向就是Li-Fi(可见光通信)

 

考虑到其对于国内有线电视网络业界甚至通信网络业界有较大的参考价值(国际权威机构预计可见光通信的产业规模可达万亿级别),下文进行详细介绍。

 

1CableLabs研发Li-Fi(可见光通信)系统的背景

 

随着有线电视网络运营商大规模部署DOCSIS 3.1FTTH(光纤到户)等先进的宽带网络接入技术,家庭用户所能获得的入户接入速率不断提升(目前最大的是美国第一大有线电视网络运营商Comcast Cable所提供的2 Gbit/s入户速率)。但是,用户的现有家庭无线网络的速率却不能与之配置。这使得家庭网络逐渐成为有线电视网络运营商为用户提供端到端高速数据业务的瓶颈[1,2]

 

所以,CableLabs目前正研发各种更先进的家庭网络解决方案,Li-Fi是其中的一大亮点。

 

2CableLabs非常看好以Li-Fi建设超高速室内通信网络的巨大潜力

 

Li-Fi是通过对自由空间的光束进行信号调制来达到信息传输的目的,可视为与Wi-Fi类似,只是Li-Fi工作于高得多的物理频段(430 THz~770 THz。而Wi-Fi的则是2.4 GHz频段与5.8 GHz频段)。实际上,Li-Fi的基本技术理念早在100多年前就有实际应用——船与船之间用信号灯(signal lamps)传输摩尔斯电码。

 

通过香农极限定理可以计算某个具有一定工作带宽的物理信道所能达到的最大比特传输速率/系统容量——前者增加,后者也增加。从而可看出,Li-Fi具有非常巨大的系统容量潜力(这是因为,其具有可见光频段内高达约340 THz的工作带宽)。只有不到1 GHz的可用工作带宽的Wi-Fi都能提供高达Gbit/s的速率。为了更为形象的说明这一点,CableLabs举例说,Li-FiWi-Fi所能提供的速率就像是太阳与地球的质量对比一样。

 

这样,Li-Fi在建设超高速室内无线数据传输网络方面就具有巨大潜力。

 

于是,CableLabs认为,超高速的Li-Fi对于VR(虚拟现实)及AR(增强现实)的普及将有着很大的促进作用。

 

3CableLabsLi-Fi组网的定位及展望

 

CableLabs认为,最为理想化的产品应该是与人们日常使用灯泡具有相同外形、能一样易于安装的内置Li-Fi网络模块的灯泡。Li-Fi应该是一种通过对用户家中现有照明灯具进行重新利用来改善家庭无线网络覆盖、提高网络可靠性的解决方案。(笔者注:全球范围内,目前的可见光通信系统,可靠性较低、安装成本较高,这些可能会影响其市场发展。)

 

Li-Fi可见光通信网的另一侧是终端设备。CableLabs通过市场调研发现,已经有很多的终端设备制造商将Li-Fi网络模块集成到其产品之中。Apple也在研究为下一代的iOS移动智能设备添加Li-Fi网络连接功能。 其实,内置Li-Fi网络模块或将是智能手机产品的自然演进——这是因为,绝大多数智能手机都已经具备进行Li-Fi通信所需的两大部件:照相机(可作为Li-Fi的光检测器/光接收器)、闪光灯(可作为Li-Fi的光发射器)。

 

4CableLabsLi-Fi系统的研究现状及规划

 

CableLabs目前已经建成了一套单信道Li-Fi系统的全功能原型样机(如图1所示),实际可达到的无线数据传输速率大致为300 Mbit/s。该系统非常简洁且易于使用。但是,该系统确是视距传输(各设备之间要处于正对的位置)。所以,CableLabs所确定的下一个研发目标是提高无线链路的SNR(信噪比)以建设全向Li-Fi系统。

 

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1  CableLabs研发的Li-Fi原型系统[1]

 

为了能尽快商用Li-FiCableLabs还正在深入研究相关的回程系统,其中包括下一代(家庭室内)电力线通信网络等(笔者注:这是因为,电力线几乎遍布用户家中的每个角落,从而相对于其他介质具有很大优势)。CableLabs认为,在将来,通过Li-Fi可见光通信系统(无线接入)与家庭电力线通信网络的结合部署,可以为有线电视网络用户提供无缝的家庭网络覆盖效果——只要有光照(肉眼可见光)之处,便有无线网络连接。

 

 

参考文献

 

[1] CableLabs. Li-Fi – A Bright Future for Home Networks.

http://www.cablelabs.com/li-fi-a-bright-future-for-home-networks/, 2016-03-09.

 

[2] 李远东. “后FTTH”时代:从光纤到户网络向光纤家庭网络演进.

http://www.istis.sh.cn/list/list.aspx?id=8690, 2015-06-25.

 


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