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美国科技展上的光学互动。
“2G为你装配顺风耳,3G可让手机变千里眼,4G则能把宽带送到你手上……”由东南大学领衔完成的“宽带移动通信容量逼近传输技术及产业化应用”项目荣获2011年国家技术发明一等奖,他们所带来的4G技术给我们勾画了一个魔幻而又高效的未来世界。试想一下,当周遭弥漫着4G信号,你只需花10秒钟就能下载一部电影,过去令你头痛的一切网速问题都将被“秒杀”。
“有光的地方就能交换数据信息,既便宜又快速……”这听起来神奇,在这个无线网络(Wi-Fi)和蓝牙横行的时代,使用闪光甚至有点像回到用奥尔迪斯手提信号灯发送信息的年代。但事实上,它们正是目前被称之为“可见光通信”(LiFi)技术的鼻祖。LiFi,使用光而不是无线电波传输信号,这将比WiFi廉价得多,未来只要任何有光的地方都可以成为潜在数据传输源。
WiFi之后是LiFi有光的地方就能上网
“最近,在拉斯维加斯国际消费电子展上首次展出的电子产品中,有一对能利用光交换数据的智能手机。
而这两部不过是日本卡西欧公司的样机,它们能通过改变自身屏幕的光强来传输数字信号。这样的闪光很微弱,人眼无法感知,但另一部手机的摄像头能够在十米的范围内检测得到,这就是被称之为“Li-Fi”的高速而廉价的可见光通信技术。
无线光学
或缓解通信的波段问题
虽然这两部卡西欧手机交换的数据量非常小,但卡西欧公司已发现了这项技术的应用前景,比如将智能手机对准发光的商店招牌读取通过灯光传送的信息:如营业时间或最新优惠。
去年十月,多家公司及实业集团共同成立了Li-Fi联盟,以推广高速无线光学通
信系统。他们的想法是可见光通信将有助于解决即将来临的数据传输瓶颈问题。随着无线电通讯的普及,越来越多的数据传输量,越来越大的设备能够通过移动网络或Wi-Fi与互联网连接,但可用于通信的无线电频段是有限的。运用一个完全不同的电磁波段——可见光,就有可能解决这个难题。
网速超快
30秒下载一部高清电影
要将一个可见光源变成能够携带信息的Li-Fi路由器,需要调制其光强,以及用网线将其与一个调制解调器连接,就如Wi-Fi路由器。新式的照明技术是发光二极管(LED),研究光通信的歌登·波文博士说,因为LED是半导体器件,调整一下电路就能很轻易地产生传输数据所需的闪光信号。
当然,用可见光传输数据的速度相当可观。波文的研究小组已能利用标准LED在约两米内,以最高每秒130兆位的速度传输数据,而采用特制LED所达到的速度将会更高,Li-Fi联盟估计可能会达到10Gbps以上。从理论上说,这个速度意味着不到30秒就能下载一部高清电影。
有LED光源
就可接收传输数据信号
波文认为,改造现在的LED使之适应智能手机及类似设备上已有的感应器及光源,如摄像头、环境光感应器、屏幕、闪光灯泡、手电筒等,是将Li-Fi推向市场最快的方法。波文的VLC公司已制造了一台用作试验的光收发器,可插入笔记本电脑收发光信号。不久后,VLC还将面向安装了LED照明系统的企业推出Li-Fi产品。
不可避免,利用可见光通信也有其局限性。可见光不同于无线电波,无法穿透墙壁,而对于安全应用而言这又是一个优点。
随着电灯泡逐渐被LED所取代,每家每户、办公室、公共建筑物,甚至路灯都可能成为一个Li-Fi热点,而在身边找一个光源当然要比寻找Wi-Fi路由器来得容易。
不会干扰
可在飞机和手术室上网
通信是双向的,这意味着Li-Fi中的LED需要有光电探测器来接收数据。波文指出,混合系统也可能行得通:通过光下载数据,而上传数据则使用无线电波。例如在一个办公室里,一盏LED台灯也可以是一个Li-Fi路由器,它能连接桌上任何一个已经联网的设备。
可见光通信的一大好处在于:它在装有可能会受无线电信号干扰的敏感设备的场所能派上用场,如飞机上及手术室内。将LED安装在大型客机的舱顶,不仅能提供网络服务,还能将旅客点播的电影传送至他们的座位上,这样就不必安装许多昂贵而又笨重的线缆,如此一来也会节省飞行所需的燃油。
神奇4G
令手机网速飞起来!
●国家3G、4G(第四代移动通信技术)项目少帅、东大移动通信国家重点实验室主任尤肖虎说,“我们的工作就是让你的手机上网快些、再快些……刷微博、看电影、打游戏不再卡壳,甚至直接把超宽电脑宽带送到你手机上,让你随心所欲,不再担心网速。”
4G什么概念?把宽带送进手机里
尤肖虎将手机上网比作高峰时间数辆汽车过大桥,如果传输能力提高了,就相当于桥或者马路比过去宽了。在无线的信息高速公路上,手机以后下载或者上传数据可以做到几十兆上百兆。并在任何状态下,都能实现无线高速联通。
2002年,尤肖虎的实验室启动了4G技术攻关。他表示,4G与3G是相辅相成的,某种程度是升级版的3G。“手机通话不仅可以看到对方,还可以看到对方正在拍摄的画面。假如对方正在外地旅游,边通话边对景色摄像,这边的人也可以一同欣赏到。”
4G是一种真正的宽带技术,它能够把宽带送到每一个人的手上,手机变成了一个移动的掌上电脑。2011年,中国提出的4G标准得到国际认可,成为国际4G标准的重要组成部分。
4G有多神奇?一秒下载百兆视频
喜欢电影的人都知道,一部高清的电影动辄就有三四个G(千兆字节)的大小,如果是未经压缩的超高清信号,大小甚至能达到十多个G。这样的视频用家里的宽带往往要下载上几个小时,而在4G的环境中竟然可以用无线信号在线播放。
尤肖虎介绍说,如果说3G的传输速度是1Mb(兆比特)每秒的话,那么他们的4G技术就可以实现1Gb(千兆比特)每秒,传输速度整整提高了1千倍。这就意味着,一部普通的几百兆大小的视频一秒钟不到就能下载到手机上,实现真正的“秒杀”。
“如果4G网络能够全面普及,那么通过手机看高清视频将实现真正的无障碍。”尤肖虎说。
曾直播汶川堰塞湖险情
2008年,汶川发生大地震,地震形成的堰塞湖仿佛一颗颗炸弹。炸还是不炸,决策者们需要看到那里真实的情况。有关负责人找到尤肖虎,“你们不是有个4G系统很厉害的吗,能不能拿来用一下?”“没有问题,我现在就去。”
尤肖虎和团队带着“箱子”坐上了空军的直升机,头一次在半空中完成了对堰塞湖泄洪情况的即时“直播”。从基站传到终端,速度可以高达1G/bt。“去汶川时,我最担心的倒不是设备的安全问题,而是环境的恶劣,供电能否有保障。”在汶川灾区最危险的半个月,尤肖虎团队为圆满完成抗震抢险立下了汗马功劳。
一秒传递“刘翔跨栏”
高清视频到底是怎样传送的呢?在尤肖虎的实验室里,四台超大显示屏幕和一组由若干个箱子组成的基站,在视频传送时都会“各司其职”。看上去像冰箱的基站是视频传输的“末端”,而手机则是接收“终端”,通过这个平台,视频被代码“分解”,传输速度能比3G提高100倍左右,效率则提高10倍左右。未压缩的高清视频通过这套平台的传输,便能通过“终端”手机无障碍观看。
在此技术下,刘翔跨栏的画面被“拆分”成了可供高速传输的代码数据,在一台显示屏幕上飞快的传输,瞬间另一台显示屏幕(代表手机屏幕)上则可以完整清晰地看到刘翔跨栏的全过程。
4G的故事
中国抢得4G话语权
据了解,在目前国际上关于4G的所有技术和标准的提案中,中国提案占20%,其中核心知识产权占10%,中国对4G已经有了重要的发言权。
就在二三十年前,中国这方面还是空白。“做2G(第二代移动通信技术)的时候,国外的设备都已经在使用了,但我们还不知道移动通信系统里面是怎么回事。”尤肖虎说。从2G时代的模仿,到3G时代的追赶,再到4G时代的抢得
话语权,中国一直在超越。
展望5G,“我们将有更多话语权”,尤肖虎透露。对于5G什么样,尤肖虎也有自己的想法,“过去的网络基站覆盖的范围都是蜂窝式的,我在考虑在一块区域内多架设几个基站,把它们均匀分布在原有的空间里,这样不仅信号会稳定,各个小型基站互相延展,也为提升数据传输速度和交互性提供了更多可能。”