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沒Wi-Fi 怎麼辦? 打開燈就能上網!

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「吼!煩欸!」她焦慮地直點著手機,你好奇湊上去看,剛剛聚會拍的照片,還剩兩張卡在臉書上傳列上,就是傳不上去。

「每次出門手機連不上Wi-Fi真的很讓人很焦慮耶…」她望著幾步外的捷運站,微慍地說,「訊號太差了啦!」

你靈機一動,帶她走到一盞路燈下。

「幹嘛啦?」

「好了,妳把手機打開再試試看。」

「咦…」她半信半疑地再次點開臉書,「有網路了耶…而且好快喔!」

「欸等等!」你拉住心情好轉、正要開心繼續向前走的她,她轉身疑惑地看著你,「網路只有這裡才有,妳走了,就要等走到下一盞燈才有得用喔…」
 

以後站在路燈下,就可以用燈光上網? 圖/路透

好啦,且不論你「成功壁(柱)咚」這樣的妄想是否會實現,「只要打開燈就可以上網」這件事倒不是科幻夢-而是很有搞頭:

上個月底,愛沙尼亞一家新創公司Velmenni,以辦公室和工廠為模擬環境,測試了「可見光無線上網技術」(Li-Fi),發現其不但可行、且速度比Wi-Fi快上許多;在實驗室測試中,Li-Fi一秒鐘甚至可以下載一部高畫質電影。

為什麼開燈就能上網?

不對不對,你喊暫停。

為什麼「打開燈就可以上網」?燈不就是燈嗎?

記得以前歷史課學過有個昏君周幽王,為搏美人褒姒一笑,竟然在沒戰爭的情況下,點燃了烽火台上的烽火,大大戲弄了各方諸侯一番嗎?
是了,那就是最最早期的「可見光無線傳輸技術」,而且傳得相當遠,只是不能傳影片就是了,殘念。

後來我們用的燈塔、紅綠燈,其實也都算是「可見光無線傳輸技術」,對吧?只是它們傳的都是很簡單的訊號,例如燈塔告訴你「我在這裡」、紅綠燈告訴你「可以」或「不可以」。

但燈光真正可以用來傳輸大量資訊,最最關鍵的因素之一,就是「照明LED」的發明。
 

因為有了LED,Li-Fi才會出現。 圖/路透

要能上網,燈要閃得夠快

一般來說,機器之間的資料傳輸,會先把資料拆解成「01001001110」之類、我們稱為「二進位編碼」,接著靠訊號發射器的開(代表1)和關(代表0)來傳輸。

如果燈泡就是發射器的話,那麼燈泡亮就代表「開」、燈泡暗就代表「關」,燈泡亮暗切換的速度越快,資料傳輸的速度也就越快。

愛迪生發明電燈泡超過一世紀了,為什麼用燈光上網是近期才出現的事?原因就出在過去的燈具亮暗切換都太慢了。

長庚大學電子工程系助理教授賴以威解釋,傳統鎢絲燈泡要點亮得花一段時間(因為要靠鎢絲發熱到一定程度才會發光)。

就算是日光燈管,一秒鐘也只能閃爍60次,實在太慢了(雖然你的眼睛看不出來它在閃,但相機快門可以);如果用日光燈上網,可能只是傳個LINE就要等到天荒地老。

但LED是半導體,它的亮暗切換跟電流通過與否的速度同步,有電流就馬上亮、電流消失就馬上暗,所以可以用非常高的頻率閃爍,一秒可以閃個數十兆次都沒問題。

也就是說,在有了LED之後,訊號傳輸的速度終於快到可以用來上網、下載資料,而促成此事的技術,就是一開始提到的Li-Fi。

▼影片/哈洛哈斯:讓每顆燈泡都為我們傳輸無線資料

https://youtu.be/NaoSp4NpkGg

讓人驚呼的TED演講

這是英國愛丁堡大學的教授哈斯(Harald Haas)2011年時在TED的演講。

注意影片6:00開始的地方,哈斯拿了一盞看起來很普通、只要3歐元的檯燈出來,告訴觀眾「就是這個光」負責資料傳輸的;燈具下方的桌面打了個小洞,洞中有個接收器,負責接收檯燈傳來的光訊號。

哈斯打開燈,燈光如常地灑落在桌面,同時,他背後大投影幕開始播放起「大自然的奧祕」之類的高畫質影片,各種花朵在高速攝影下緩慢綻放。

「你一定心存懷疑,想說『哼,一定是這個狡獪的學者在玩什麼鬼把戲』。但讓我這樣做…」哈斯一邊說著,一邊用手遮住小洞上的燈光。
開到一半的扶桑花突然停住了,觀眾楞了一下,隨後爆出掌聲;哈斯把手拿開,影片又動了起來,「影片的串流資料,的確是由這盞燈傳輸的。」哈斯說。
 

Li-Fi使用情境想像圖。 圖/波士頓大學

Wi-Fi和Li-Fi大比拚

哈斯正是發明Li-Fi的人,TED演講中的那盞燈,就是他和團隊研發的Li-Fi原型。哈斯宣稱,Li-Fi可以解決現在Wi-Fi的4個問題:

1.資源局限性
Wi-Fi使用的無線電波,其頻譜是非常有限的(所以你常聽到電信業者在搶頻譜的新聞),現今這些頻譜已經被占盡了;然而可見光的頻譜是無線電波的一萬倍大,資源豐沛、沒有這層顧慮。

也因為頻譜很寬的特性,賴以威表示,Li-Fi不怕一個地方同時有太多人使用網路,就吃掉資源、使網路變慢的問題。

2.效率問題
Wi-Fi基地台所使用的能源,將近9成都不是用來傳輸資料、而是用來降溫設備、好讓其繼續運作所用,哈斯說,基地台的能源使用效率只有5%左右。

但Li-Fi所使用的LED燈本來就是用來照明的,只是研發團隊在燈的編上加裝微晶片控制器,控制燈光的閃爍頻率,不太會消耗多餘的能源,能源使用效率相對高出許多。

3.環境限制
在飛機艙、醫院、工廠等地,Wi-Fi的無線電波可能會造成意外,例如干擾飛航設備通訊,或像賴以威舉例的,可能會干涉醫院的MRI運作,或產生火花引起工廠火災或爆炸,這些地方常被限制不准使用Wi-Fi。

不過Li-Fi用的是到處都有的可見光,不會有干擾訊號或引起爆炸的疑慮,可使用的場所限制不大,理論上處處皆可用。

4.安全保密性
Wi-Fi因為「無線電波可以穿透牆面」特性的關係,會有「隔牆有耳」的保密性和問題,例如人們自家無線網路若被駭客路人連去,電腦內的檔案資訊就有可能被盜取。

但可見光不能穿透牆面,雖然有著「出了這個房間就連不上網」的缺點,然反過來說,也不用擔心「這個房間以外的人偷連網路」,安全保密性較高。

不過從這4點也看得出來,Wi-Fi和Li-Fi各有其優缺點,短期內Li-Fi不太可能取代Wi-Fi,但兩者可能併用,讓上網環境更流暢、友善。

除了以上4點外,賴以威說,Li-Fi還有一個好處,就是可以「並列傳輸」:只要天花板或牆面裝上許多LED燈,資料傳輸速率就會比單一顆LED燈泡還快上許多;但對Wi-Fi來說,可能就需要裝很多支天線,要並列傳輸可行性不高。
 

有了Li-Fi,未來車與車之間可能可以用車燈「溝通」。 圖/美聯社

燈光上網還可以怎麼玩?

Li-Fi除了讓你站在路燈下就可以上網之外,還有幾項可能的有趣應用。

「例如,你可以拿著手機對著一牆廣告看板,看板上的燈就會傳給你廣告的影片內容,讓你在手機上觀看」賴以威舉例;或者是路上的車輛之間,也可以透過車燈進行車間通訊,傳輸、交換資料,不用再靠「閃你大燈、叫你讓路」這樣的方式「溝通」。

在台灣研發Li-Fi技術的工研院資通所技術經理陳仁智則說,以前大家想嘗試做「室內GPS定位系統」老是做不起來,因為無線電波會在牆壁間「彈來彈去」,定位相當不準。

但Li-Fi所使用的可見光不會有這個問題,相當適合用來定位。
 

想用Li-Fi在黑暗中上網看電影,可能會要等很久。 圖/路透

Li-Fi的門檻與挑戰

賴以威認為,Li-Fi的技術已相當成熟,然而要能進入一般日常生活、被廣泛使用,背後的基礎建設、線路佈建等,會是個不小的挑戰,「要把這些LED燈都連接起來,成本應該不低」。

陳仁智則認為,手機、電腦等設備怎麼樣把訊號回傳回去,將是Li-Fi發展最大的致命傷:「除非在手機上裝一顆很亮的LED燈,像手電筒那樣把訊號傳回去,但這樣太亮、太耗電了」,Li-Fi可能只能做到「只收不發」,讓你得以下載東西,卻很難上傳東西。

另一個嚴重的問題是,「那麼,不開燈就沒有網路可以用了嗎?」

如果使用者想在昏暗的房間裡面看電影,可不可以呢?

「當然,你可以把光調得很暗,仍讓Li-Fi繼續運作」陳仁智說,「但那等同於你把Wi-Fi基地台拉得很遠,傳輸速度就會降低許多。」

總之,在Li-Fi「一片光明」的日子到來前,Wi-Fi設備製造商應該還不需要太過緊張。