简介
LIFI（Light Fidelity）光保真技术，又称为可见光无线通信，该技术是一种利用可见光波谱进行数据传输的全新无线传输技术。LIFI通过在LED上植入一个微小的芯片，利用电信号控制发光二极管（LED）发出肉眼看不到的高速闪烁信号来传输信息，这种技术做成的系统能够覆盖室内灯光达到的范围，电脑不需要电线连接只要在室内开启电灯，无需WIFI也可接入互联网。
可见光无线通信是利用快速的光脉冲无线传输信息。根据不同速率在光中编码信息完全可行，例如LED开表示1，关表示0，通过快速开关就能传输信息。由于LED的发光强度，人眼不会注意到光的快速变化。LiFi技术目前还处在于实验室阶段，由Haas和爱丁堡大学的团队发明的一项专利技术。
与光纤通信拥有同样的优点，高带宽，高速率，不同的是，LiFi是使光传播在我们周围的环境中，自然光能到达的任何地方，就有LiFi的信号。LiFi技术是运用已铺设好的设备（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。
技术原理
可见光无线通信是以LED为载体，在不影响正常照明前提下，将信息通过调制器进行调制后，将数字信号载频到LED灯具上，利用LED发出快速的光脉冲无线传输信息。接收端利用光电转换器（PD）接收含有信息的可见光，并转换为电信号，然后进行滤波、整形和放大，并从中解调出相应的模拟信息。如果需要双向传输（即下行和上行）或多路传输，则需要进行频谱区分或多路取样调制，并加入同步识别信号和同步检测信号。对于可见光通信基站，通过信号源连接线将各个基站并联连接，在只有下行信号传输系统中，无“信息接收部分”，只能通过“信息发射部分”将光信号下行，由带有光电接收器/信号解调器的电脑或手机接收。
技术特点
1、广泛性
LED的响应时间短、寿命长、无辐射，所有的LED灯都可成为互联网的基站。
2、成本低廉和节能
现在广泛使用的无线电数据传输方式，最显著的使用领域即无线移动通信（手机），为了满足对通信效果的需求，要建立大量的基站以增强通信信号。现在仅我国就有140万个基站用以增强信号，但其能源利用效率只5%左右，大部分能量都用在冷却上。可见光通信具有极高的能源利用效率，其通信功率仅占照明功率的5%左右，其信号通过LED照明灯具所发出，传输简单设备成本低廉。
3、高速率性
目前可见光通信速度可以达到每秒数十兆甚至数百兆，未来的传输速度还有可能超过光纤的传输速度。
4、频谱资源丰富
目前用于通信、导航、雷达、广播及无线电视的电磁波从长波到毫米波全波段的频率范围是从10kHz到300GHz，全部频谱宽度不大于3×102GHz；而可见光的波长范围为380nm至780nm，频率范围为3.85×106GHz到7.89×106GHz，频谱宽度大于4×106GHz，为现有通信频谱的13333倍。显而易见，可见光通信的频谱宽度远大于现在所有可用于通信的频谱宽度。
5、信息传输的高保密性
无线通信中的射频信号对人体有害，容易对其他设备产生电磁干扰，不适宜在电磁敏感区使用，如飞机、医院等。无线电通信还存在电磁波泄漏的可能，不适用在需要信息保密的传输场合。LED可见光通信则没有电磁干扰等问题，且具有安全性高的优势，用窗帘遮住光线，信息就不会外泄至不需要信号的场所。
6、实用性
可以对无线通信覆盖的盲区作填补，如地铁、隧道、航海、机舱及矿井等无线通信不畅的区域。
关键技术
1、新型光源的研制
多数高级LED灯的能耗虽可以低至普通灯泡的不到1/20，但耐久度却分别是荧光灯和白炽灯的10倍和100倍，且照明效果更加稳定。LED与白炽灯等气体照明基于的是不同的发光机理，节能绿色的LED灯是一种固态照明技术。
目前，为了突破LED的调制带宽和能效，美国、欧洲均在开展研究下一代的新型固态照明和新型能源驱动的发光器件。可见光源如何能够在室外环境下稳定工作，克服恶劣天气下的大气信道环境恶化也是一大难题。
2、调制与复用技术研究
调制与复用技术研究包括基于LED的新型脉冲位置调制、OFDM调制、波分复用调制、空间复用、线性化与通信质量的提高、MIMO发送与接收阵列等都是十分重要的研究课题。调制与复用技术是决定通信质量、通信容量的关键问题。
3、成像接收的耗电问题
光无线通信系统根据接收端的不同分为两种，一为基于光电二极管的非成像接收，一为基于摄像头的成像接收。若采用手机等终端设备的摄像头进行成像接收，其耗电将大于设备的某些系统，例如蓝牙、Wi-Fi等。因此成像可见光系统的耗电亦将是其需要考虑的重要问题。基于成像技术的可见光通信可以催生很多手机应用APP，例如室内高精度地图定位、传感以及人体识别等新型应用。
4、可见光泄露的安全性
通常，由于可见光不能穿透墙壁等物体，人们认为可见光具有非常高的安全度。当光线被遮挡时，通信系统随即中断，因此一直被认为可用于安全保密性要求极高的场合。
但实际的研究表明，由于光线在空气中的散射等作用，可见光通信系统仍然会存在信息泄露的问题。例如在LED灯进行照明通信时，室内的门缝、玻璃、窗帘等区域都是信息可能泄露被窃听的途径。因此，可见光泄露的安全性问题不应被简单地忽视。
5、人体视觉心理安全感受
一方面，人体在有足够太阳光以及夜晚的场合，并不需要额外的光线。为了满足人眼对光线的舒适感知，可见光系统需要在弱光或无光条件下保持通信的技术方案。
另一方面，人眼对于光线分布、不同色彩光线等也都有不同的舒适度感知。可见光无线通信如果能够结合人眼的光线感知进行研究，将会带来更易被人们接受的通信系统。同时，在人眼感觉舒适的照明环境中，可见光的接收难度会进一步加大，能够在背景光中分辨通信光的技术就更为重要。
优缺点
优点
LiFi技术最大的优势是不同于WiFi，它并不会和其他无线电信号发生干扰，所以能够用在飞机上以及其他需要考虑电磁兼容问题的场合。另一大优势是，相对频段频谱有限的无线电，可见光的频段频谱要比前者大10000倍，这意味着在LiFi网络里单个数据信道的带宽就可以做得很大，也可以容纳更多的信道作并行传输，从而让整个传输速率大幅度提升。
另外目前广泛应用的蜂窝网络、WiFi设备都存在着发热量大、能量转化率低的问题。比如蜂窝网络基站内的设备，其频率不高，但其能量转化率不足一成，其余九成多的能量都转化成热量，往往需要引入冷却设备以保持正常运行。而LiFi就没有这个问题，极低的发热量使其不需要冷却设备也能稳定运行。
最后就是其高安全性。首先光的特性决定了它无法穿墙传输信号，也就意味着它的安全性很强，WiFi使用中常出现的“蹭网”现象，就可以有效避免。同时不同于共用信道的WiFi，LiFi的上行和下行信道是独立运行的，黑客必须处在同一个房间之中，并侵入两个信道才能完成一次真正意义上的攻击。
缺点
虽然LiFi确实有不受无线电信号干扰的优势，但其许多优势都因下述事实黯然失色：可见光不能穿透墙壁，这一关键事实使得WiFi获得了很大优势。这种可视性限制提高了系统安全性，但尚不清楚信号接收的最小距离。可以设想的是，利用长焦镜头和调整恰当的光学传感器，人们就可以截获光学信号。TechCrunch表示，尽管LiFi被宣传为一种可能的机载无线通信技术，但WiFi在大多数美国航空公司的大规模普及使得LiFi在飞机上的应用前景越来越不乐观。
技术难题
新技术研发及其产业化并不可能每个环节都顺利，可见光通信技术有很多优点，却也面临很多技术难题。
1、传输速度难提高
虽然白光LED的发光效率高，其有限的调制带宽却限制通信的传输速度。
2、信号易被环境干扰
虽然LIFI可以不像WIFI那样被无线电信号所干扰，但从某种程度上来说，它可能受干扰的因素比WIFI还要多。比如，可见光无法穿透墙壁、穿透物体，因此如果接收器被阻挡，那么信号将被切断，但WIFI可以穿透墙壁。虽然这种特性提高了安全性，但是人们目前并不清楚接收LIFI的最小距离。在这种情况下，利用光学传感器甚至是长焦镜头都极有可能截获光学信号。
3、数据难回传
数据线与电力线不能很好融合，反向链路受干扰导致数据无法回传。
4、双向传输难
用户上网不仅需要下载功能，还需要上传文件。灯光照射在终端并不难，但手机和电脑反向传输数据是个难题。毕竟，没有人希望自己的设备上为了传输数据而安装一个大灯泡。虽然LIFI的下行传输速率已超过WIFI，但LIFI缺乏对移动性、非视线传输和上行高速数据传输的有效支持。
5、无专用探测器
光线散乱而多方向，在光源和探测器间存在不同光路。现广泛使用的硅基探测器灵敏度差不能准确地接收，导致用户使用时无法准确接入，也不能准确切换等。
6、码间干扰
为了达到较好的照明和通信效果，一个房间通常要安装多个LED光源，由于LED单元分布位置的不同，不同光路径到接收端的时间不一样，在传输过程中会有码间干扰。
发展方向
1、提升白光LED的频率响应，拓展宽带
白光LED用作为通信光源，它的电信号则务必要调制于白光LED上，再由内向外进行发射。其中，白光LED的响应频率很大程度上决定了通信系统的可用宽带。为此，我们不仅应当努力提升功率的输出量，还要将白光LED的频率响应进行提升，以有效拓展其带宽，而这也逐渐发展成为了实现高速可见光通信所必须要解决的一个重要难题。
2、电力线通信技术与VLC技术有机融合的PLC技术
一般情况下，LED照明基站灯都是安装于公路两侧、天花板以及交通枢纽上的，其在通信电缆方面的使用成本上往往过高，运营效益也有待于进一步的提升。而如若把LED照明系统与电力线载波通信结合在一起，通过电力线的利用来进行通信信号的传播，则可以将投资成本进行有效降低。电力线通信技术与VLC技术有机融合成的PLC技术，是利用电力线传输数据及话音信号的一种通信方式。而从无线通信技术的发展趋势来看，PLC技术已日益显现出了它强大的生命力，为通信打下了坚实的基础。
3、对LED可见光信道进行深入分析
可见光通信系统在信道的冲激响应方面与红外无线通信有所不同，同时，这两种不同系统中引起的码间串扰（ISI）的原因也有所差异。因此，要想有效解决ISI带来的影响，就务必要对多光源，时变信道环境下的可见光无线通信（VLC）系统的信道冲激响应以及不同光路径引起的ISI进行深入的研究。另外，要想实现VLC系统的全双工通信方式，则需要对下行链路以及上行链路进行同样的分析与研究。
应用领域
1、会议通信网络系统
在大型会议室等需要信息传输的场合，我们可以建立可见光通信网络。事先将会议资料上传到灯具上，参会人员可利用笔记本电脑等接收终端在灯下直接接收下载，而无需主办方打印大量的纸质会议资料，实现无纸化办公，节能环保。
2、导购系统
商场、超市导引系统，可用手机为接收器，通过可见光通信系统，引导顾客尽快地选购商品。也可以向顾客发布诸如“新商品信息”、“特价商品信息”等，引导顾客消费。
3、医院的导诊系统
其主要功能是引导患者进行挂号、诊室就医、化验、检查、处置、注射、缴费、取药、住院等医疗全过程，方便患者，节约其寻找、问询的时间。
4、定位系统
建立可见光通信系统进行矿下人员的实时定位监控与记录，随时掌握矿下人员分布状况。一旦发生矿难，可及时掌握人员分布状况和发生矿难区域，给紧急救援赢得宝贵的时间。
5、车载定位系统
还可以利用车辆前后LED信号灯以及LED路灯、LED交通指示灯，建立室外交通车载定位系统，实现车辆间的间距控制以及防碰撞保护、车辆与交通管控系统间的违规监控、实时路况等数据的高速交互，以保证车辆的行车安全，也为车辆严重违章、重大车祸等提供相应线索和依据。
6、可视化安全支付系统
利用可见光通信定向辐射、快速衰减以及可视化传输等特点，实现手机的新型安全支付。相比传统无线支付方式，避免了电磁泄漏问题；相比接触式支付方式，免除了额外设备。综上所述，可见光通信能够同时实现照明与通信的功能，具有传输数据速率高、高保密性、无电磁干扰、频谱资源丰富等优点，具备宽广的战略发展前景和巨大的市场应用空间。相信在不久的将来，可见光技术在通信领域中将会占据重要的地位，并将大大地推动信息化社会的发展。
