迎接「光世代」，Li-Fi 讓你有光就能上網
104/09/03
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李柏昱｜
國立臺灣大學 地理環境資源學系
此時此刻閱讀這篇網路文章的你，可能正在使用咖啡店的無線網路，或是偷用隔壁鄰居忘記設密碼的熱點，相信過去也經常為了龜速的網速，或者競爭有限的頻寬而感到十足不耐。
現在有越來越多的電子產品需要網際網路，網路塞車的現象將越趨明顯。為解決此一問題，愛丁堡大學哈洛德海斯（Harald Haas）教授想到，為什麼不用光線來傳輸資料呢？
光線如何變成高速網路線？
你大概沒想過 LED 燈除了節省電力，還能擔當起網路信號發射器的角色。只要在日常使用的 LED 燈中內置一顆微型晶片調整燈光，加上目前 LED 燈的普及，便可創造全新的上網途徑－「Li-Fi（Light-Fidelit）」，也被稱為「可見光通訊（Visible Light Communication, VLC）」。
Li-Fi 光通訊利用 LED 燈泡做為訊號的發射器，並裝設光電二極體（photodiode）作為接收器，當燈泡亮起即代表 1，熄滅代表 0，藉由光線編碼並傳輸資訊。由於燈泡閃爍速度極快，人類肉眼並無法察覺其變化。
利用光線來通訊的 Li-Fi，和 Wi-Fi 相比具備更大的頻寬、更快的傳輸速度，可能將為無線網路通訊技術帶來革命性的改變，解決無線網路傳輸技術當今的眾多侷限。
德國、英國、台灣都在研究的光線傳輸能力
2012年德國柏林的研究團隊，在只有一個 LED 燈泡的情形下，達成每秒 500MB 的傳輸速度。倘若同時使用一排 LED 燈，或是使用不同顏色波段的燈泡，甚至就能傳送更大量的訊息。英國愛丁堡大學的哈洛德海斯（Harald Haas）教授說：「所有的元件跟機制都已經就定位，現在只要把他們放在一起、使之運作即可。」
台灣的研究團隊在可見光通訊領域中也佔有一席之地，如何改善現有技術、突破「傳輸速率」及「空氣中自由傳輸距離」限制，是各團隊努力的重點。國立臺北科技大學光電工程系呂海涵教授帶領的團隊，使用紅光雷射光作為光源，將技術推進到在一秒內傳輸 10 Gbps的資料，這代表一部 1.5 小時的高畫質電影只要 45 秒就能下載完成！同時，允許的資料傳輸距離也達到 17.5 公尺，突破一般白光 LED 燈 5 公尺的距離限制。
「網路光世代」，用光更加安全的上網
Li-Fi 跟 Wi-Fi 本質上都是電磁波的一種，只是波長不一樣。Li-Fi 所運用的肉眼可見光，波長介於 400 奈米至 700 奈米之間，波長較短、頻率也較高；而 Wi-Fi 所使用的微波，波長則約在1毫米至1公尺之間，容易受到無線電波干擾。Li-Fi 很可能突破因無線電波干擾造成的上網死區，例如飛機的客艙，或是醫院。只要光透得過去，甚至在水中也能有網路訊號。
由於 Wi-Fi 是微波、可以穿透牆壁等物體，因此只要進入到特定 Wi-Fi 的範圍就可能使用或盜取資料；然而 Li-Fi 使用的可見光線並無法穿透牆壁，因此得以限制資料傳輸的範圍，加強傳輸安全。
但，只要沒了光，Li-Fi 便無用武之處。也就是說，在戶外缺乏人工照明的地方，或者白天室內日光充足沒開燈的時候，都沒有辦法使用Li-Fi。 就現階段而言，Li-Fi距離要完全打敗Wi-Fi或是普及化，仍遭遇一些困難。
直視瓶頸，Li-Fi 必須兼顧傳輸速率與距離才能真正普及
台北科技大學光電工程系專案研究助理教授李忠益指出，目前可見光通訊使用之光源分為可見光雷射和 LED 兩種。雷射的指向性高、發散角小，所以不會受到其他光線的干擾及影響；然而 LED 因具有大的發散角，故容易受到強光、光線及陽光等影響。
為解決這項問題，可以在 Li-Fi 的發射端及接收端加入一些機制，如：發射端使用特定波長來進行光訊號的傳遞，接收端可於接收光訊號前加入濾波片，將不需要或多餘的光線（波長）濾除，只讓載有訊號的光（波長）通過，減少光線或強光等干擾。
此外，Li-Fi 若要真正打入市場，必須提供比過去的無線網路更為優異的傳輸表現，並且兼顧傳輸速率與距離。目前利用可見光雷射所建構之可見光通訊系統技術上已漸成熟，全面商用普及化不是問題。而以 LED 為光源所建構之可見光通訊系統，因 LED 先天頻率限制，要達到高傳輸速率需要更為複雜的調變方式，同時在光源發散情況下，傳輸速率越高，其傳輸距離就越短（僅剩約幾十公分），造成速率與距離無法兼具的情況，也是造成全面商用普及化的最大因素。
未來，Wi-Fi 可能與 Li-Fi 相輔相成，提供人們更便捷的網路通道。Li-Fi 已經成為光通訊研究領域相當亮眼的熱門主題，目前也有許多業者推出具有 Li-Fi 功能的電子產品，業者也預測，Li-Fi的傳輸速率將達到每秒 400Gbps。相信在不遠的未來，只要有光的地方，就能高速上網。（本文由科技部補助「新媒體科普傳播實作計畫－智慧生活與前沿科技科普知識教育推廣」執行團隊撰稿）
責任編輯：鄭國威
審校：陳妤寧
