高大上的LiFi可见光通信技术，古人竟早已涉足？

倘若能够穿越回古代，想必多数人最难以忍受的，便是没有WiFi吧。在现代人的认知里，无法快速传递信息的生活简直难以想象。

然而，诸多影视剧向我们揭示，在没有WiFi的往昔，其实也存在不少快速传递信息的方式，灯便是其中之一。

 

在古装剧《长安十二时辰》中，长安城的望楼利用12个方格来传递信息。每个方格可通过灯的点亮或熄灭进行组合，多达212种排列方式，能表示各类不同信息，从某种意义上说，这相当于传递12个比特的信息。

 

而在韩国电影《寄生虫》里，因命案躲于地下室的基宇父亲，通过用头撞击地下室墙壁，控制地上客厅一盏感应灯的闪烁，以莫尔斯码向亲人传递信息。他通过控制灯亮时间的长短，长亮表示横，短亮表示点，以不同的点与横组合来传达不同内容。

 

即便没有WiFi，《长安十二时辰》与《寄生虫》所展示的通信方式看似颇为“高端”。仅需一盏或几盏“神奇之灯”，无需铺设光纤，也无需发射无线电波，人眼直接充当接收信号的天线。

 

但这种方式真的可靠吗？古人当真运用这些方法进行通信？在尚无手机与互联网的时代，两部作品中人工原始的信息传递方式是否切实可行？实际上，这便是近年来众多研究者探索的“可见光通信”，也称作LiFi（Light Fidelity）。但在诸多情况下，它们并非十分可靠，实际可行性也欠佳。

 

以《长安十二时辰》为例，据历史记载，唐朝并未有人发明或使用这套“望楼格子”系统。在古代相当长时期，野外广泛使用的是烽火台。烽火台传递信息时，通常不会用多盏灯编码，而是依据烽火狼烟的浓烈程度表示不同信号。如《墨子·号令篇》记载：“望见寇举一棰，入境举二棰，押廓举三棰，入廓举四棰，狎城举五棰”，一棰代表一堆柴草，五棰即五堆柴草。

 

并且，烽火台传递信息也并非仅靠烽火。宋代火药与火炮发明后，“挂旗 + 放炮”这种“视听结合”的信息传递方式效果更佳。比如贼从东面来，挂青色旗并响一声炮；贼从南面来，挂红色旗并响两声炮；贼从西面来，挂白色旗并响三声炮；贼从北面来，挂浅黑色旗并响四声炮 。

 

在国外，近代法国有一种仅靠“目视”就能远距离传递信息的系统。每个“烽火台”不再使用烟火，而是架着一根巨大横梁与两个悬臂，名为Chappe Telegraph。通过横梁和悬臂转动不同角度，摆出不同“姿势”来表示不同信息。下一个站点的工作人员如同《寄生虫》中的基宇，拿着望远镜观察上一个站点的姿势，依次传递，可将信息从首都巴黎传至法国边境小镇。

 

那么，历史上的可见光通信存在哪些问题呢？望楼格子、社长家客厅的感应灯、烽火台以及法国的巨型支架都有一个共同缺陷：一旦距离变远或遭遇遮挡，便难以看清，即便使用高倍望远镜可能也无济于事。几公里外，明亮灯光会变得暗淡，大型物体也会模糊不清，要是碰上雾霾天气，更是雪上加霜。因此，将它们作为远距离通信手段并非理想之选，现代的光纤通信和无线通信优势更为明显。

 

其实在日常生活中，与《长安十二时辰》望楼格子最相似的通信方式，当属车票上的二维码或手机App里的QR码。一个格子类似二维码中的一个黑白方块，多数时候手机摄像头距离二维码很近，扫码过程可视为一种短距离的可视信息传递。

 

望楼格子这类装置还有个麻烦之处，即效率不高。信息需人工翻译，点亮或熄灭每盏灯，接收者看到后还要解码还原信息，这必然耗费不少时间。传递完一组12个方格的信息，若要传递下一组12个比特，就需等待。对于烽火台而言，点燃几堆柴草，等待浓烟升起，显然不是短时间能完成的。据记载，西汉卫青和霍去病出征匈奴时，简单号令从甘肃烽火台接力传递到辽东烽火台，竟需一昼夜。而Chappe Telegraph表示一个信号虽比烧柴草快些，但操纵如此巨大的机械装置，一分钟能摆出两三个“姿势”估计已是极限。所以，古代各种可见光通信装置往往需付出较大代价，以较低效率传递简单信息，难以承担复杂通信任务。

 

现代的LiFi又有何突破呢？随着科技进步，LiFi或许真会融入我们的生活。21世纪，我们拥有两件利器，一是LED灯作为信号发射器，能以极快频率闪动；二是光电探测器作为信号接收器，再快的LED信号都能接收，加之计算机的快速处理，其每秒最快能传输10G（1010）比特的数据，是《长安十二时辰》和《寄生虫》中人工操作效率的无数倍。这意味着短短几秒内，就能轻松从一盏LED灯光中，将一整部电影下载到手机或笔记本电脑。

 

现代LiFi的原理，实则是“望楼格子”“以头亮灯”与烽火台的融合。我们既可以让LED灯在一秒内不同时刻亮度有高有低，像望楼格子某盏灯时亮时暗那样传递信息（OOK调制）；也能像《寄生虫》里通过控制LED灯高亮度脉冲的长短传递信息（PPM调制）；还能如同古代烽火台挂不同颜色旗，利用不同颜色LED灯光（即光的波长不同）同时传递信息（OFDM和CSK调制）。

 

不妨想象一下LiFi投入使用的场景：在飞机或会议室，利用LED灯提供上网服务，这是LiFi最直接的应用。借助LiFi还能实现室内定位。在户外，凭借GPS和手机基站定位轻松，但在大型购物中心等室内场所，因GPS信号不佳和无线通信基站数量有限，手机地图常“迷路”。有了LiFi，可在室内密集安装能发送信号的LED灯，手机摄像头直接作为LiFi接收器，助力实现室内定位与导航。此外，LiFi能让汽车通过车灯相互传递信息，预防碰撞事故；交通灯和路灯也可向公路上的车辆传递路况信息；水下机器人之间也能用光线交流。

 

LiFi有哪些优势，又面临何种挑战呢？当前，LED灯已广泛用于室内外照明，许多LiFi设想都是“照明 + 通信”兼顾。传递信息不影响LED灯照明功能，可说是一种“免费搭载”的设计，“反正灯要开着，为何不用来传递信息，不用白不用”。

 

而且，与当下的WiFi相比，LiFi速度更快、安全性更高。可见光波段带宽天生比无线射频波段宽，对数据传输而言，LiFi如同高速公路，WiFi则似乡间小道，LiFi理论下载速度远超WiFi和手机流量。在安全方面，若在房间安装无线路由器或手机基站，隔墙之人可能蹭网或获取个人信息。而可见光比无线射频信号“规矩”，门窗遮蔽严实，他人便接收不到，LiFi在安全隐私方面得分更高。

 

不过，可见光传输距离短、不易穿墙越壁，这既是优势也是劣势，注定LiFi难以完全取代WiFi，更适合作为WiFi的“互补伙伴”。如前文所述，古代烽火台等可见光通信系统受限，原因便在于此。如今LiFi技术设计者也明白这一点，通常将房间这样的短距离空间作为LiFi主要应用场景。但即便在室内，若有人不慎挡住灯光，信号就会中断。相比之下，大汉站在无线路由器前，WiFi无线信号能轻易通过衍射和绕射避开障碍，受影响较小。

 

LiFi覆盖范围小，意味着需安装大量灯才能保证稳定通信。此外，LiFi还有个不足，利用手机或电脑探测器从LED灯下载数据不难，但反向上传数据较难实现。

 

由此可见，LiFi技术前景诱人，却也面临挑战。不过，这并未阻碍研究者推出各类应用产品，未来，灯光传递信息有望更多地融入日常生活，期待在生活中早日与LiFi相遇。

文章来源:https://ximaonetwork.cn