Wi-Fi与Li-Fi对比图。
美军的Li-Fi通信系统。
近年来,可见光无线通信(Light Fidelity,简称Li-Fi)逐渐进入人们的视野。可见光无线通信以光为信号载体,通过LED灯光实现双向、高速无线网络传输。它不仅能提供照明,还能充当“无线路由器”,在光线覆盖区域内即可实现网络连接。目前,全球已有多个国家在这一技术上取得突破。Li-Fi“光即网络”的特性,使其成为无线通信技术研究的新热点。
“灯光传信”的技术变革
可见光无线通信Li-Fi,又称“光保真技术”,是以可见光作为信号载体,通过LED光源发出的调制光频,进行无线通信的技术,其原理基于光的物理特性。在物理概念中,光属于电磁波的一种,与无线电、Wi-Fi等高频交流变化电磁波一样,都是电磁波谱中的一部分。光的频谱范围从可见光,到紫外线、红外线等不同频段,宽带资源丰富,携带的数据量比无线电、Wi-Fi等高出许多。Li-Fi以光的特性为基础,利用电信号控制LED灯光的高速闪烁频率传递信息,并由接收端的光电探测器捕捉这些光信号并还原成数据信息。这一技术最早由德国科学家哈拉尔德·哈斯教授提出,近年来逐步成熟。在使用Li-Fi的房间内,电脑、手机等设备无需专门连接,只要开灯,便可自动接入互联网。
Li-Fi与常用的Wi-Fi有何异同?两者都是无线通信技术,Wi-Fi使用射频信号传递信息,Li-Fi使用可见光作为信号载体。Wi-Fi的射频信号可以穿透墙体等障碍物,覆盖范围广,但易受干扰,且安全性较低;Li-Fi的信号局限于可见光覆盖范围内,安全性高,且传输速率快,不易受干扰。因此有人说,Li-Fi是解决Wi-Fi等无线通信技术痛点的新方案。
“快稳密广”的特性优势
综合看,Li-Fi具有以下特性。
传输速率快。Li-Fi的数据传输速率达到每秒数千兆比特,远超Wi-Fi等射频信号的传输速率。这种高速率、低延迟的数据传输特性,在战场情报共享和态势感知方面可以发挥重要作用。例如,Li-Fi能确保战场传感器数据、高分辨率视频等作战情报瞬时送达指挥员和战斗人员,将信息延迟降至最低,为战场快速反应赢得时间,提升任务效率。
数据传输稳。与易受干扰的Wi-Fi射频信号不同,Li-Fi可以在光谱的不同部分运行,避免受到高频电磁波的干扰。这使得Li-Fi在电磁环境复杂、干扰信号密集的区域能够保持稳定且可靠的通信,确保关键指令和数据不会因干扰而中断或失真。实验数据显示,Li-Fi在干扰环境下传输数据时,其丢失数据包数量占所发送数据组的比率(丢包率)维持在10%以下。相比之下,Wi-Fi的丢包率要高出许多。
保密性能强。Li-Fi的信号依赖光传播,信号覆盖范围仅限于可见光覆盖区域。这一特性促成了Li-Fi的安全优势:信号局限在光覆盖的空间内传播,有效降低了信息泄露风险。由此,Li-Fi提供了一种强大的防窃听屏障。据报道,美军将Li-Fi通信系统集成在地下掩体照明系统中,通过LED灯光构建掩体内部通信网络,以防止情报泄露与黑客入侵。
频谱资源广。Li-Fi不仅可以与LED可见光结合,还可与紫外光结合使用。这种多光谱应用扩大了可用带宽和适用场景。结合定向光学器件和滤波技术,Li-Fi可以减少环境光(如阳光)的干扰,增强在不同光照条件下的性能。例如,使用蓝绿光的Li-Fi能够穿透海水,可替代传统声呐用于潜艇间的短距通信。
“领域互联”的应用未来
凭借以上优势,Li-Fi展现出广阔的应用前景,成为军事通信技术研发的新方向。
Li-Fi依靠千兆级传输速率与光信号的不可穿透特性,成为指挥中心通信升级的理想选择。Li-Fi通过光信号实现千兆级数据传输,可实时共享高分辨率战场态势图、卫星影像,确保在毫秒级延迟内获取关键情报。由于光无法穿透墙壁,可抵御电磁窃听与网络攻击风险。
在电磁环境复杂的作战空间内,Li-Fi展现出比传统无线通信技术更稳定的特性。Li-Fi作为舰船内部的高可靠通信系统解决方案,支持舰船内部通信、维护信息访问。英国一家从事军用照明与光通信技术的公司为英国皇家海军开发Li-Fi系统,使舰员可以在甲板下层实时访问维护数据,并通过AR技术进行设备检修培训。
在应急救援及战地医疗等实地情况复杂的任务中,Li-Fi利用带宽优势,可为海量数据的高速传输提供技术保障。例如,Li-Fi依靠临时LED照明系统快速建立本地高速数据链路,保障医疗影像和患者信息无障碍流转,促进救援力量间的协调与信息共享。
展望未来,Li-Fi与前沿科技的融合,将进一步拓展其军事应用领域。例如,量子密钥分发与Li-Fi结合后,Li-Fi能够为量子密钥分发提供一个抵御外界截获和干扰的安全“管道”,满足其对传输信道纯净度要求。德国科研人员将量子密钥与Li-Fi结合,生成不可破解的加密数据流,为战略级通信提供高级别防护。另外,借助新科技赋能Li-Fi。通过无人机或移动光点实现Li-Fi广域动态覆盖,再由AI算法驱动的自适应调频在复杂战场环境下实现链路无缝切换,能够构建出高效自适的战场通信体系,提升军队通信能力和战备水平。值得一提的是,Li-Fi并非面面俱到。日常生活中的强光源如太阳光、探照灯光等会覆盖LED灯光,引起通信中断。另外,激光武器或高频脉冲光源可对Li-Fi实施主动压制,破坏其光信号的稳定性。
Li-Fi作为一种新兴的无线通信技术,不仅提升了信息传输的安全性与可靠性,还提供了灵敏高效的通信保障。随着技术的不断突破,Li-Fi有望成为军事通信技术的发展方向,为信息化战争打造“看得见却摸不着”的安全屏障。