1. 背景介紹

為什麼需要LiFi？

一是，移動資料流量在急速增長，需求越來越大，而且據統計，超過70%的流量來自於室內。

二是有限的射頻頻譜極度擁擠，而可見光波段範圍在400~700奈米之間，大概是射頻頻譜的10000倍。可見，LiFi的問世，能夠為我們提供潛在的非常高速且大容量的通訊。

LiFi的起源

照明光源隨著人類社會的需求和進步，在提高發光效率、降低發熱佔比、延長照明燈壽命三個方面上經歷了從油燈→白熾燈→日光燈→LED光源四個演變過程。

目前基本覆蓋了全世界的LED光源，其發光效率超過了50%，發射佔比低於50%，壽命也已經能夠做到超過50000小時之久的資質了。可想而知，LiFi有著獨天優厚的豐富照明光源作為支撐點。

可見光通訊LiFi的兩種定義

廣義上是指利用可見光波段載波進行通訊的技術（包括鐳射、LED光等等）；狹義上是指利用照明白光LED進行通訊的技術，實現照明-通訊一體化。

與鐳射存在的本質區別在於，照明白光屬於非相干光，也就是說無相位資訊，只能通過幅度來進行調製。

可見光通訊LiFi的基本工作原理

首先，二進位制資料先經過調製（比如可以對映為OFDM訊號），然後進行直流偏置產生的訊號用來驅動LED發光，這時光源就在自由空間通道中“活動”。而接收端先利用聚光透鏡和一個光學濾波器接收光源，光源經過一個光電探測器將光訊號轉為電訊號，最後通過放大和解調就能夠恢復出所傳輸的二進位制資料。

一個概念：

LiFi光attocell：指的是小覆蓋範圍的密集組網，這種組網方式能夠提高頻譜效率，實現高速室內通訊。

未來的通訊網路架構必定是一個異構網路，就是說多種通訊途徑（如3G/4G/5G，WiFi，LiFi）融合起來，滿足室內室外的通訊需求以及更高的通訊質量。

VLC應用場景

2. 相關技術

研究現狀

目前可見光通訊的研究主要有兩方面的成果：
基於自適應OFDM調製的單片LED傳輸目前達到了3Gbit/s的傳輸速率；而基於WDM和OFDM的RGB LED 則實現了高達10.2Gbit/s的傳輸速率。遠高於WiFi的傳輸速率。

技術挑戰

雖有如上顯著成果，但可見光通訊仍然存在一些關鍵問題。

一是商用LED的調製頻寬以及動態範圍較小，因此無法加上過大的交流訊號，否則會出現訊號失真現象。同時，商用LED具有很明顯的非線性效應，也就是說載入的訊號與輸出的訊號是存在一定的畸變滴。

二是小區內部缺乏保密性而且由於LiFi光attocell的特點是密集組網，所以會導致小區之間以及使用者之間存在明顯干擾。

三是由於在可見光通訊中通常都是使用LED陣列來實現比較均勻的照明，這時就會涉及到多輸入多輸出傳輸（MIMO），而一般情況下都是採用視距傳輸，這就導致接收機的距離不會太大，所以這時候就會出現通道相干性較強的現象，因此MIMO傳輸所帶來的速率就被限制到了。

這些挑戰都是制約著可見光通訊lifi技術發展比較關鍵的問題，因此非常值得進一步探討和解決。

多小區干擾問題解決方法

主要有三種解決方案：

第一種不同的小區採用不同的頻率，即根據頻譜劃分來區分不同的小區；

第二種採用偏振複用技術來解決；

最新的解決方案則是利用擁有角度分解特性的接收機來抑制小區之間的干擾。

提高多使用者VLC系統的容量解決方法

主要有四種解決方案：

在發射端進行預編碼操作；

採用傳統OFDMA方式；

採用基於功率密度疊加編碼和序列干擾消除（SPC/SIC）的非正交多址技術（NOMA）來解決；

提出一種基於星座分割編碼（CPC）和非均勻星座解碼（UCD）的新型非正交多址技術（NOMA）來解決。根據實驗研究驗證，第四種方法能夠使得系統的有效功率分配範圍得到明顯擴大，這意味著系統更加靈活同時獲得更高的傳輸速率。

3. LiFi問&答

目前市場上已經有LiFi產品了嗎？

目前市場上的LiFi主要是由國外企業釋出的，並且幾乎都是演示性的產品，能夠大規模商用的產品可以說是寥寥。據悉，華創芯光會在近兩個月釋出國內第一款基於檯燈照明的商用性光通訊產品。

可見光通訊會受到來自其他邊緣光源的干擾嗎？

可見光通訊依賴的是視距直線傳播的鏈路，所以具有很強的方向性，雖然會存在一定程度的干擾，但由於其他光源的入射角度比較大，能夠被接收到的部分其實是很弱的，另外，可以通過在接收端加上一個光學濾波器來濾除絕大部分背景光源解決這個干擾問題。

LiFi和WiFi有哪些明顯區別？

二者的區別還是相當明顯的。一是用到的是不同波段的頻譜，二是在技術上，WiFi能夠傳輸有相位資訊的複數訊號，而lifi只能傳輸僅包含強度資訊的實數非負訊號。

接收機偏轉時訊號是怎麼採集的？

由於可見光通訊採用視距傳輸，所以它的能量很集中，不像多徑效應會導致能量損失多。當接收機出現隨機旋轉時，可以通過動態選擇AP來避免手機接收不到背對著的那個光源的訊號。當出現阻擋或隔光現象時，這時解決方案包括設計異構系統，譬如將lifi與WiFi融合來解決這類問題。

WiF存在i的熱點跳變現象，LiFi能否解決？

使用者穿梭於不同小區時會出現網路不斷切換的現象，其實會造成網路層的負擔。從物理層考慮的話，當用戶從一個小區進入到另一個小區時，通過角度分解接收的方式，其通訊質量其實並不會因為進入不同小區導致手機收不到訊號或者說通訊質量效能降低的問題的。其實VLC的這個優點與其不存在多徑效應現象也是有關係的。

發光光源器件和接收器並非完全線性器件，從物理層角度，對這種非理想器件產生的一些問題有無解決方法？

從物理層方面考慮的話，可以通過數字訊號處理或者在前端進行預均衡而在後端進行後均衡來補償從而降低非線性的影響，雖然技術上的複雜程度會變高，但是這類問題是能夠有效解決的。