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美國科技展上的光學互動。
『2G為你裝配順風耳,3G可讓手機變千裡眼,4G則能把寬帶送到你手上……』由東南大學領銜完成的『寬帶移動通信容量逼近傳輸技術及產業化應用』項目榮獲2011年國家技術發明一等獎,他們所帶來的4G技術給我們勾畫了一個魔幻而又高效的未來世界。試想一下,當周遭彌漫著4G信號,你只需花10秒鍾就能下載一部電影,過去令你頭痛的一切網速問題都將被『秒殺』。
『有光的地方就能交換數據信息,既便宜又快速……』這聽起來神奇,在這個無線網絡(Wi-Fi)和藍牙橫行的時代,使用閃光甚至有點像回到用奧爾迪斯手提信號燈發送信息的年代。但事實上,它們正是目前被稱之為『可見光通信』(LiFi)技術的鼻祖。LiFi,使用光而不是無線電波傳輸信號,這將比WiFi廉價得多,未來只要任何有光的地方都可以成為潛在數據傳輸源。
WiFi之後是LiFi有光的地方就能上網
『最近,在拉斯維加斯國際消費電子展上首次展出的電子產品中,有一對能利用光交換數據的智能手機。
而這兩部不過是日本卡西歐公司的樣機,它們能通過改變自身屏幕的光強來傳輸數字信號。這樣的閃光很微弱,人眼無法感知,但另一部手機的攝像頭能夠在十米的范圍內檢測得到,這就是被稱之為『Li-Fi』的高速而廉價的可見光通信技術。
無線光學
或緩解通信的波段問題
雖然這兩部卡西歐手機交換的數據量非常小,但卡西歐公司已發現了這項技術的應用前景,比如將智能手機對准發光的商店招牌讀取通過燈光傳送的信息:如營業時間或最新優惠。
去年十月,多家公司及實業集團共同成立了Li-Fi聯盟,以推廣高速無線光學通
信系統。他們的想法是可見光通信將有助於解決即將來臨的數據傳輸瓶頸問題。隨著無線電通訊的普及,越來越多的數據傳輸量,越來越大的設備能夠通過移動網絡或Wi-Fi與互聯網連接,但可用於通信的無線電頻段是有限的。運用一個完全不同的電磁波段——可見光,就有可能解決這個難題。
網速超快
30秒下載一部高清電影
要將一個可見光源變成能夠攜帶信息的Li-Fi路由器,需要調制其光強,以及用網線將其與一個調制解調器連接,就如Wi-Fi路由器。新式的照明技術是發光二極管(LED),研究光通信的歌登·波文博士說,因為LED是半導體器件,調整一下電路就能很輕易地產生傳輸數據所需的閃光信號。
當然,用可見光傳輸數據的速度相當可觀。波文的研究小組已能利用標准LED在約兩米內,以最高每秒130兆位的速度傳輸數據,而采用特制LED所達到的速度將會更高,Li-Fi聯盟估計可能會達到10Gbps以上。從理論上說,這個速度意味著不到30秒就能下載一部高清電影。
有LED光源
就可接收傳輸數據信號
波文認為,改造現在的LED使之適應智能手機及類似設備上已有的感應器及光源,如攝像頭、環境光感應器、屏幕、閃光燈泡、手電筒等,是將Li-Fi推向市場最快的方法。波文的VLC公司已制造了一臺用作試驗的光收發器,可插入筆記本電腦收發光信號。不久後,VLC還將面向安裝了LED照明系統的企業推出Li-Fi產品。
不可避免,利用可見光通信也有其局限性。可見光不同於無線電波,無法穿透牆壁,而對於安全應用而言這又是一個優點。
隨著電燈泡逐漸被LED所取代,每家每戶、辦公室、公共建築物,甚至路燈都可能成為一個Li-Fi熱點,而在身邊找一個光源當然要比尋找Wi-Fi路由器來得容易。
不會乾擾
可在飛機和手術室上網
通信是雙向的,這意味著Li-Fi中的LED需要有光電探測器來接收數據。波文指出,混合系統也可能行得通:通過光下載數據,而上傳數據則使用無線電波。例如在一個辦公室裡,一盞LED臺燈也可以是一個Li-Fi路由器,它能連接桌上任何一個已經聯網的設備。
可見光通信的一大好處在於:它在裝有可能會受無線電信號乾擾的敏感設備的場所能派上用場,如飛機上及手術室內。將LED安裝在大型客機的艙頂,不僅能提供網絡服務,還能將旅客點播的電影傳送至他們的座位上,這樣就不必安裝許多昂貴而又笨重的線纜,如此一來也會節省飛行所需的燃油。
神奇4G
令手機網速飛起來!
●國家3G、4G(第四代移動通信技術)項目少帥、東大移動通信國家重點實驗室主任尤肖虎說,『我們的工作就是讓你的手機上網快些、再快些……刷微博、看電影、打游戲不再卡殼,甚至直接把超寬電腦寬帶送到你手機上,讓你隨心所欲,不再擔心網速。』
4G什麼概念?把寬帶送進手機裡
尤肖虎將手機上網比作高峰時間數輛汽車過大橋,如果傳輸能力提高了,就相當於橋或者馬路比過去寬了。在無線的信息高速公路上,手機以後下載或者上傳數據可以做到幾十兆上百兆。並在任何狀態下,都能實現無線高速聯通。
2002年,尤肖虎的實驗室啟動了4G技術攻關。他表示,4G與3G是相輔相成的,某種程度是昇級版的3G。『手機通話不僅可以看到對方,還可以看到對方正在拍攝的畫面。假如對方正在外地旅游,邊通話邊對景色攝像,這邊的人也可以一同欣賞到。』
4G是一種真正的寬帶技術,它能夠把寬帶送到每一個人的手上,手機變成了一個移動的掌上電腦。2011年,中國提出的4G標准得到國際認可,成為國際4G標准的重要組成部分。
4G有多神奇?一秒下載百兆視頻
喜歡電影的人都知道,一部高清的電影動輒就有三四個G(千兆字節)的大小,如果是未經壓縮的超高清信號,大小甚至能達到十多個G。這樣的視頻用家裡的寬帶往往要下載上幾個小時,而在4G的環境中竟然可以用無線信號在線播放。
尤肖虎介紹說,如果說3G的傳輸速度是1Mb(兆比特)每秒的話,那麼他們的4G技術就可以實現1Gb(千兆比特)每秒,傳輸速度整整提高了1千倍。這就意味著,一部普通的幾百兆大小的視頻一秒鍾不到就能下載到手機上,實現真正的『秒殺』。
『如果4G網絡能夠全面普及,那麼通過手機看高清視頻將實現真正的無障礙。』尤肖虎說。
曾直播汶川堰塞湖險情
2008年,汶川發生大地震,地震形成的堰塞湖仿佛一顆顆炸彈。炸還是不炸,決策者們需要看到那裡真實的情況。有關負責人找到尤肖虎,『你們不是有個4G系統很厲害的嗎,能不能拿來用一下?』『沒有問題,我現在就去。』
尤肖虎和團隊帶著『箱子』坐上了空軍的直昇機,頭一次在半空中完成了對堰塞湖泄洪情況的即時『直播』。從基站傳到終端,速度可以高達1G/bt。『去汶川時,我最擔心的倒不是設備的安全問題,而是環境的惡劣,供電能否有保障。』在汶川災區最危險的半個月,尤肖虎團隊為圓滿完成抗震搶險立下了汗馬功勞。
一秒傳遞『劉翔跨欄』
高清視頻到底是怎樣傳送的呢?在尤肖虎的實驗室裡,四臺超大顯示屏幕和一組由若乾個箱子組成的基站,在視頻傳送時都會『各司其職』。看上去像冰箱的基站是視頻傳輸的『末端』,而手機則是接收『終端』,通過這個平臺,視頻被代碼『分解』,傳輸速度能比3G提高100倍左右,效率則提高10倍左右。未壓縮的高清視頻通過這套平臺的傳輸,便能通過『終端』手機無障礙觀看。
在此技術下,劉翔跨欄的畫面被『拆分』成了可供高速傳輸的代碼數據,在一臺顯示屏幕上飛快的傳輸,瞬間另一臺顯示屏幕(代表手機屏幕)上則可以完整清晰地看到劉翔跨欄的全過程。
4G的故事
中國搶得4G話語權
據了解,在目前國際上關於4G的所有技術和標准的提案中,中國提案佔20%,其中核心知識產權佔10%,中國對4G已經有了重要的發言權。
就在二三十年前,中國這方面還是空白。『做2G(第二代移動通信技術)的時候,國外的設備都已經在使用了,但我們還不知道移動通信系統裡面是怎麼回事。』尤肖虎說。從2G時代的模仿,到3G時代的追趕,再到4G時代的搶得
話語權,中國一直在超越。
展望5G,『我們將有更多話語權』,尤肖虎透露。對於5G什麼樣,尤肖虎也有自己的想法,『過去的網絡基站覆蓋的范圍都是蜂窩式的,我在考慮在一塊區域內多架設幾個基站,把它們均勻分布在原有的空間裡,這樣不僅信號會穩定,各個小型基站互相延展,也為提昇數據傳輸速度和交互性提供了更多可能。』