透過LED燈泡光波傳輸資料 Li-Fi技術成室內通訊新選擇
今日世界已離不開Wi-Fi，它無所不在，街坊鄰居都有、各咖啡館免費提供，智慧型手機也少不了它。我們都認識Wi-Fi，但你知道Li-Fi嗎？
隨著行動無線存取的需求不斷成長，行動網路及Wi-Fi的壅塞情形將會持續加劇，屆時就算增加額外射頻資源(Radio Frequency, RF)，可能都不足以解決問題，此現象被稱作「頻譜危機(Spectrum Crunch)」。但一項更具發展性的解決方案正悄悄現身；據統計，70%以上的行動流量皆出自於室內環境，Li-Fi能藉由在發光二極體(LED)光照地區供應互補又不相干擾的頻寬，來解決這樣的頻譜短缺現象，其龐大的資料密度容量也能為現有的射頻網路減輕負擔。
Li-Fi為Light Fidelity之縮寫，是相當於Wi-Fi的可見光無線通訊(Visible Light Communications, VLC)技術，由英國pureLiFi公司首席科學官兼愛丁堡大學教授Harald Hass所發明。此破天荒的新創技術利用來自LED燈泡的光波傳輸資料，能同時為使用區域提供照明以及無線通訊，藉此提供鋪天蓋地的無線網路連結，使所有室內環境或任何光照之處都能取得網路連線。
可見光通訊泛指任何透過可見光傳輸的資料通訊，主要依賴白光，相對的概念為紅外線(Infra Red)，也就是目前多使用在遠距控制的通訊方式。
除了資料通訊，Li-Fi也帶來更進階的網路能力，包括數據漫遊(Data Roaming)、換手(Hand Over)以及多重存取。
Li-Fi發展背景
亞歷山大‧貝爾最為人所知的身分，是電話的發明者，但他同樣也是在1880年首位展示光通訊系統的人。事實上，在發明電話僅僅四年後，貝爾就撥出了全世界第一通無線電話。這通電話是透過使用光、而非無線電的Photophone設備。但貝爾需要利用日光來傳輸，因此使用範圍相當受限。
Harald Haas教授和他在愛丁堡大學的研究團隊率先發展出現代Li-Fi的概念，研發的實驗室甚至就位於亞歷山大‧貝爾樓(貝爾出生於愛丁堡，且為愛丁堡大學校友)。Li-Fi的出現，可望解決頻譜日漸壅塞的問題。Harald Haas教授在2011年七月TED全球大會上，利用串流直播影片首度展示Li-Fi技術。pureVLC公司於2012成立，專攻商用Li-Fi。
Li-Fi的召喚 更具發展性的解決方案
如同Wi-Fi，Li-Fi使電腦、筆電和智慧型手機等電子設備能夠連上無線網路。雖然Wi-Fi最初僅針對上述設備發展，現在已經廣泛運用在連結生活各事物上：印表機、電視、喇叭、耳機，甚至運動鞋！簡單來說，Li-Fi的角色等同於Wi-Fi，只是使用光波作為媒介，而非無線電訊號。
LED燈泡因為省電、安全性高，正迅速取代傳統日光燈，而Li-Fi正是使用來自LED燈泡的光波來傳輸資料，因此可以同時提供照明以及無線資料傳輸。
想像將運用Li-Fi技術的LED燈泡裝設在您的客廳、辦公室中，或甚至是您的書桌及床邊的燈。運用Li-Fi之LED燈泡所照亮的地方，也都能同時享受由Li-Fi帶來的通訊便利。
Li-Fi和Wi-Fi之間的差別
Li-Fi可以將LED檯燈變成類似Wi-Fi路由器的無線接取點。除了提供照明這個優勢以外，它們還有什麼不同功用？
解決壅塞問題
Wi-Fi使用發展相當受限的射頻(Radio Frequency)技術，像是電腦、筆電、印表機、智慧型電視、手機和平板等設備必須相互爭取頻寬。而隨著冰箱、手錶、相機等更多能使用Wi-Fi的裝置陸續面世，加上來自行動網路的數據分流，流量的壅塞情況越發嚴重，資訊傳輸的品質也跟著受到影響。Li-Fi使用光波的頻率，其頻寬是射頻頻寬的一萬倍以上，且不和Wi-Fi互相衝突。
安全性
眾所週知，Wi-Fi會產生電磁干擾(Electromagnetic Interference, EMI)，影響飛機設備和醫療儀器，且對於發電、或石油與天然氣的鑽採有潛在危險性。Li-Fi使用光而非無線電波，安全無虞且不會帶來電磁干擾。
資料保護
無線電波能穿透牆和天花板，但光則無此能力，這區隔出Wi-Fi與Li-Fi在資料保護方面的差異。在建築外的駭客或入侵者可以潛入透過Wi-Fi傳輸的室內電腦。但透過Li-Fi傳輸的資訊只能在LED燈照明範圍內存取。
速度
802.11a/g標準的Wi-Fi提供高達54Mbps的資料通訊速度，目前也有能夠將速度提升到1Gbps的技術。然而，愛丁堡大學(pureVLC的研究夥伴、同樣也是Li-Fi之父Harald Haas教授的母校)已經利用單色光源展示出3Gbps的速度。利用全色(紅、綠、藍)LED燈更能提升到9Gbps。
Li-Fi如何運作
標準LED燈泡由驅動器控制，驅動器可以開關並調整亮度。而在運用Li-Fi技術的LED燈泡中，驅動器透過控制LED燈來傳輸經過編碼的資料，接著利用光感測器接收資料，接著解碼。這套運作模式的概念和摩斯密碼雷同，但速度卻可達數百萬倍，已是人眼無法辨識的速度。
接收器有光學元件，且速度足以辨識出光源的明暗差異，也有充分能力解碼Li-Fi資料，接著傳送到筆電等連結設備。設備可以同時裝有發送器和接收器，享受雙向通訊。
Li-Fi的必備條件
Li-Fi是一項供無線通訊使用之連網、行動、高速可見光通訊解決方案。為了在室內環境提供全面的無線網路連線，每套Li-Fi系統須具備以下條件：
無線資料需求的指數性成長不只是因為使用者增加，諸如影片串流和檔案下載等需要大量頻寬的高速下行鏈路服務也進一步刺激需求。因此Li-Fi系統更須提供高速以能維持現有的網路服務並滿足使用者。
為了提供穩定的網路連線，從設備端到網路端都應該要具備逆向連結(Reverse Link)，讓設備能請求、或修改資訊，且在現今資訊爆炸的年代，提供上傳照片和影片的功能。因此為了要提供完整的網路運作和使用者體驗，雙向通訊是必不可少的要件。
射頻網路若要服務大量使用者，每站蜂巢式基地台(服務數百位行動通訊使用者)和每個Wi-Fi存取點(服務數十台使用者設備)都需要在連網的每一方之間分享時間或是頻率資源。理論上來說，一處含有數名使用者與設備的特定區域，可以藉由單一照明設備提供光線，將Li-Fi加入此光源將會需要類似的資源共享。這就是所謂的「多重存取」，有助於將無線存取擴展至光照空間、以及網路範圍內的所有使用者。
最後，因為光線天生具備與射頻信號相反的「定向性」，無論室內外的任何空間都需要數個照明設備才能提供充分光線。由於在Li-Fi網路中，每個光源都是一個無線存取點，要如何讓使用者在移動的過程中還能享有完整不斷的通訊連線，便成了網路運作最重要的課題：網路必須要能在存取點之間「換手」使用者。少了此功能，行動通訊使用者就必須不停與各個網路存取點重新建立連結、並重啟設備上的資訊傳輸流程。
上述條件的共同目標，都是希望能減少干擾、提高效率，並改善使用體驗。對於Li-Fi的運作來說，都是相當基本的需求。
「準Li-Fi」的危險
「準Li-Fi」的危險
即便在早期已有數個商用Li-Fi產品面世，但Li-Fi目前還是一項仍在崛起中的技術，發展產品的能力相當受限。
要鞏固這些必要條件的原因在於，雖然眾廠商都想佔有「先驅優勢」，但在特定市場中發展某些設備卻藏有許多隱患，若是急於推出產品而犧牲關鍵元素，基本上就是將該產品推入火坑。
雙向性也許是Li-Fi技術中最容易被忽略的元素。但少了雙向性，基本上就等同於抹滅了一個真正Li-Fi系統的可能性。若單靠廣播技術，Li-Fi系統僅限於為射頻網路下行鏈路進行分流，上行鏈路連線則必須透過其他方式建立，這使得該產品應用十分有限，比如感測器網路等特定使用情況。
另一方面，若是沒有考慮到高速通訊，Li-Fi網路將會降格為一般的資訊控制分配器，以此僅能支持少數一些應用，例如室內定位、手機應用程式內容更新等。此外，這樣的Li-Fi網路將須依賴現有的射頻基礎設施以傳送內容，這甚至會使得頻譜壅塞問題加劇。
為了要滿足室內環境使用者所需的大量流量，每個Li-Fi存取點必須要能提供多重存取以能服務大批使用者。現代幾乎人手一台行動設備，要為室內空間每位使用者建立專屬的點到點連結顯然是不可行的。
因此缺乏多重存取能力便會使產品的應用能力侷限在為那些有線、射頻及雷射技術不適合的領域提供點到點通訊。這樣的應用範圍包括海底通訊、某些感測器網路，以及醫院病患監測。然而，即使在這些領域中，能和數個設備通訊的能力，都能大大改善產品功能性。
最後，要能達成全面的無線網路存取，首先就是要能在不中斷連線、不干擾資訊傳輸的前提下，讓行動設備在存取點之間切換。想像以下情境：在辦公室裡，使用者一面移動一面下載重要文件，每當該使用者離開其中一個照明設備的光照範圍，下載過程就必須要再重新開始。這使得行動無線存取無法完成，因為使用者並沒有在存取點之間進行「換手」，結果只能提供定點的無線連結。在這例子中，因為無法達到日常生活中很普遍的無線存取，使得照明空間無法享有適當的網路通訊。
「真正Li-Fi」的價值
完整Li-Fi系統的研發道阻且長，很容易便屈就於更簡便的解決方案，以能儘速推出產品獲利。然而，發展出真正的Li-Fi解決方案將能帶來無可限量的好處，特別是就長期而言。主要有以下優勢：
1.真正的Li-Fi解決方案將能催生出適用於大部分光通訊應用和使用案例之中的產品。貨真價實的Li-Fi無疑是最適合提供室內通訊的技術，所有其他光通訊技術只能望塵莫及。移動定位服務(Location-based Service)能透過單向、低速Li-Fi執行。例如海底、交通等點到點應用不需多重存取就能達成；電視市場則可以透過非網路的Li-Fi提供擴增娛樂(Augmented Entertainment)。因此，在完整的Li-Fi研發期間，不只是產品能擴展至目標領域，最終的解決方案也能讓研發廠商全面觸及光通訊市場。
2.雖然光通訊/Li-Fi技術能應用在諸多市場，主要的目標市場還是在於室內網路通訊。無線網路有高達70%以上的流量源自於室內環境，因此成為Li-Fi未來的主要目標。
真正Li-Fi解決方案的概念將有助於研發廠商主導此市場。移動定位服務能利用特殊手法傳輸資訊到智慧型手機和平板電腦上，是Li-Fi技術第二大關注領域。藉由傳送精準的定位資訊給使用者，零售商和服務供應商將可以傳輸與位置相關的廣告和訊息，加強與消費者間的互動。最後，如同上述，真正的Li-Fi解決方案將能使研發廠商主導所有市場，並且建立自身在光通訊與Li-Fi解決方案中的領導形象。
3.透過尖端Li-Fi技術支配光通訊市場帶來的價值不只有市佔率及營收，更有推動並左右光通訊標準化的權力。Li-Fi市場領導者將有能力建立全新標準，定義室內通訊與內容傳輸的光通訊運作。聯合手機與平板主要製造商、以及主導此波合作的市場領導者，便能開始Li-Fi技術和這些設備的整合行動。從各方面來說，真正Li-Fi解決方案的研發不僅能確保發展廠商在市場的領導地位，同樣也能強化保住此地位的持久力。
Li-Fi常見迷思
現今有幾種常見的Li-Fi技術迷思，以下分別加以釐清。
非也。Li-Fi可以裝設為收發器，同時提供傳輸與接收。
非也。運用Li-Fi技術的LED燈可將亮度調到人眼看不到的程度，但資料傳輸不受中斷。
非必須，但建議具備。雖然Li-Fi也能透過反射光傳輸資訊，但利用直射光的效果好得多。
非也，使用一般LED燈即可。
與現今網路相互補
Li-Fi網路將能為今日的射頻基礎設施提供完美互補，並進一步改善行動通訊。然而，若是缺乏真正的Li-Fi產品，則會使得應用範圍相當侷限，最終更可能無法打造出Li-Fi解決方案。頻譜危機即將到來，有鑑於目前無線資料不斷加速成長，室內通訊亟需援助，唯一的解決方案就是高速、雙向、完整的行動無線網路：Li-Fi系統。
