本文来自微信民众号：科学大院（ID：kexuedayuan），作者：焦述铭，头图来自：《长安十二时刻》

若是穿越回古代，你最受不了的是什么？想必大部分人都会说：“没有WiFi！”对于现代人来说，不能快速通报信息的生涯简直无法想象

不外，许多影视剧也告诉我们：在没有WiFi的时刻，照样有许多快速通报信息方式的，好比灯。

古装片《长安十二时刻》中，长安城的望楼使用了12个方格通报信息，每个方格可以用灯点亮或者熄灭，一共有多达2¹²种排列组合，示意种种差别的信息，或者可以说通报12个比特的信息。

（图片泉源：新浪微博@北斗北工作室）

而在韩国影戏《寄生虫》中，因犯下命案而躲在地下室的基宇父亲，通过不停用头撞地下室的墙，控制地上客厅里一盏感应灯的闪灼，以莫尔斯码向亲人写信。每次控制灯亮的时间稍长一些（横示意），或者每次控制灯亮的时间稍短一些（点示意），通过几个差别点或者横组合示意差别的信息。

（图片泉源：《寄生虫》影戏截图）

没有WiFi，《长安十二时刻》和《寄生虫》中展示的通讯方式也足够“高端”，只需要一盏或几盏“神灯”，不需要布设光纤，也不需要发送无线电波，人眼就直接作为天线吸收信号。

这种方式是真的靠谱么？

昔人真的在用这些方式通讯吗？

在没有手机和互联网的时刻，两部影片中人工原始发信息的方式是不是真的可以使用呢？事实上，这也是近年来许多研究者在实验的“可见光通讯”，也被称为LiFi（Light Fidelity）。然则许多时刻，它们并不那么靠谱，现实可行性也不高。

拿《长安十二时刻》来说，凭据历史纪录，唐朝时并没有人真的发现或使用过这套“望楼格子”系统。在古代很长一段时间，真正被普遍使用的是野外的狼烟台。

狼烟台之间通报信息的时刻，一样平常不会行使多盏灯举行编码，而是使用狼烟狼烟的浓郁水平示意差别的信号。《墨子·呼吁篇》中纪录“望见寇举一棰，入境举二棰，押廓举三棰，入廓举四棰，狎城举五棰“，一棰示意一堆柴草，五棰就示意五堆柴草。

而狼烟台通报信息也未必一定要用狼烟。在宋代时火药和火炮已经被发现，“挂旗 放炮”这种“视听多媒体”的信息通报方式效果就更好。

好比贼从东面来，就挂青色旗并响一声炮；贼从南面来，就挂红色旗并响两声炮；贼从西面来，就挂白色旗并响三声炮；贼从西面来，就挂白色旗并响三声炮；贼从北面来，就挂浅玄色旗并响四声炮^[1]。

在中国之外，近代法国也有一套单靠“眼睛看“的千里通报信息的系统。

每个”狼烟台“上不再使用烟火，而是架着一根伟大的横梁和两个悬臂，称为Chappe Telegraph，通过横梁和悬臂转动差别的角度，”摆差别的pose“来示意差别的信息，下一个架子的工作人员会像《寄生虫》中的基宇一样拿着望远镜旁观上一个架子的姿势，一个接一个通报，可以把信息从首都巴黎一起传送到法国的疆域小镇。

图片泉源：John Farey, Jr.

历史上的可见光通讯存在什么问题？

望楼格子，社长家客厅的感应灯，狼烟台和法国巨型支架拥有一个配合的缺陷：只要距离一远或者遇上遮挡，就啥也看不清了，高倍望远镜也可能无济于事。

在几公里之外，明亮灯光也会变得很黯淡，庞然大物也会变得模糊不清，若是再遇上雾霾天气，就更雪上加霜了，用它们来作为远距离的通讯手段并不是最理想的选择，现代的光纤通讯和无线通讯才更具优势。

实在在平时生涯中，与《长安十二时刻》的望楼格子最类似的通讯方式当属车票上的二维码或者手机App上的QR码了，一个格子就相当于二维码中的一个玄色或白色方块，大多数时刻手机摄像头距离二维码都很近，扫码历程也可以看作一种很短距离的可视信息通报。

望楼格子这类装置另一个贫苦在于效率不高，需要人工去翻译信息，把每盏灯点亮或熄灭，另一个望楼上吸收者看到之后，还要再解码恢复成信息，这一定消耗不少时间。

通报完一组12个方格的信息，要想再通报下一组的12个比特，不得不等一等。而对于狼烟台，点燃几堆柴草，守候浓烟升起，显然也不是分分钟的事情。据纪录，西汉卫青和霍去病全线出征匈奴时，简朴的呼吁也是要花一昼夜的时间才气从甘肃的狼烟台接力通报到辽东的狼烟台。

而用Chappe Telegraph示意一个信号显然比烧柴草快不少，然则操作这样伟大的机械装置，一分钟能摆上两三个pose估量已经是上限。以是，古代的种种可见光通讯装置往往只能破费比较大的价值，以比较低的效率通报一些简朴信息，“难成大器”。

现代的LiFi有何突破？

不外，随着科技的生长，LiFi也许真的会走入我们的生涯。

在21世纪，我们有了两件神器，一是LED灯作为信号发射器，可以以极快的频率闪动，二是光电探测器作为信号吸收器，闪的再快的LED信号都能吸收到，外加计算机的快速处置，它们每秒可以传输的比特数最快已经能到达10G（10¹⁰）比特，是《长安十二时刻》和《寄生虫》中人工操作效率的无数倍，这相当于几秒钟之内，就可以轻松把一整部影戏从一盏LED的灯光之中下载到自己的手机或笔记本电脑里。

现代LiFi的原理实在正是“望楼格子”、“以头亮灯”与狼烟台的结合体。我们既可以让LED灯在一秒内差别时刻有时高亮度，有时低亮度，像望楼格子的某一盏灯时亮时暗的方式通报信息（OOK调制），也可以像《寄生虫》里那样通过控制LED灯是非差别的高亮度脉冲通报信息（PPM调制），还可以像古代狼烟台挂差别颜色旗那样，行使差别颜色LED灯光（意味着光的波长差别）同时通报信息（OFDM和CSK调制）。

让我们想象一下用上LiFi的场景：

在飞机上或者集会室里，用LED灯提供上网服务自然是LiFi最直接的应用了。

行使LiFi举行室内定位。依附GPS和手机基站，在户外定位易如反掌，然而在大型购物中心之类的室内场景中，由于GPS的失灵和无线通讯基站数目的有限，手机舆图会经常和你一样迷路。不外有了LiFi后，我们可以在室内场所麋集安装一些可以发送信号的LED灯，手机摄像头就直接可以用作LiFi吸收器，辅助你实现室内的定位与导航。

此外，LiFi可以使得汽车之间通过车灯相互通报信息，防止碰撞事故，交通灯和路灯也可以默默地向公路上的车辆通报悄悄话，发送路况信息，而水下机器人之间也可以用光线来相互交流。

LiFI的优势与面临的挑战

现在LED灯自己已经被普遍用于室内外的照明，许多LiFi的设想都是“照明 通讯“两不误。通报信息并不影响LED灯自己的照明功效，或者说LiFi是一种”免费搭便车”的设计，“横竖灯也是开着的，为何不用来同时通报些信息呢？不用白不用”。

图片泉源：https://www.fibre-systems.com/sites/default/files/content/news-story/lead-image/Fraunhofer-Lifi-web[1].jpg

此外，与现在的WiFi相比，LiFi还代表着更高的速率与平安性。可见光波段的带宽先天就比无线射频波段要宽，对数据传输来说，相当于一个是高速公路，一个是乡下小道，LiFi理论上能到达的下载速率比WiFi和手机流量要快许多。

在平安方面，若是在房间里安装一个无线路由器或者手机基站，与你一墙（甚至几墙）之隔的他人也能蹭你的网，或者行使某些手段获取你的个人信息。而可见光相比于无线射频信号加倍“忠实”，只要门窗遮蔽得严严实实，隔邻老王就什么也吸收不到，平安隐私这一项上LiFi加分。

不外可见光传输距离短，不容易翻墙越户这一点也是个双刃剑，注定了LiFi难以完全取代WiFi，更适合作为WiFi的“互补同伴”。如上所说，古代的狼烟台之类可见光通讯系统难有大作为，实在也是由于这一点。

现在的LiFi手艺设计者也都有“自知之明”，通常会把一个房间这样的短距离作为LiFi主要用武之地。但纵然在室内，若是有人不小心把灯光盖住，信号也就会中止。相比之下，一个大汉站在无线路由器前，WiFi无线信号照样能易如反掌通过衍射和绕射避开障碍，不受若干影响。

LiFi笼罩局限小的瑕玷还意味着要安装许多盏灯，笼罩每个角落，才气保证稳固通讯。另外，LiFi另有一个不足之处在于，虽说行使手机或电脑上的探测器从一盏LED灯下载数据不难，然则反偏向的上传数据却比较难实现。

由此可见，LiFi手艺既充满诱人的远景，也面临难以回避的挑战。不外这不故障研究者为LiFi相机行事推出了种种应用产物，未来用灯光通报信息将有越来越多的机遇成为一样平常的生涯体验。

期待在生涯中与LiFi早日相见~

参考文献：

[1]https://www.takefoto.cn/viewnews-1624293.html

[2]Pathak, P.H., Feng, X., Hu, P. and Mohapatra, P., 2015. Visible light communication, networking, and sensing: A survey, potential and challenges. IEEE communications surveys & tutorials, 17(4), pp.2047-2077.

[3]Jovicic, A., Li, J. and Richardson, T., 2013. Visible light communication: opportunities, challenges and the path to market. IEEE Communications Magazine, 51(12), pp.26-32.

[4]Yamazato, T., 2020, March. Visible Light Communications for Automotive Intelligence. In 2020 Optical Fiber Communications Conference and Exhibition (OFC) (pp. 1-3). IEEE.

[5]Uysal, M., 2019, March. Visible light communications: from theory to industrial standardization. In Optical Fiber Communication Conference (pp. Th3I-4). Optical Society of America.

[6]Khan, L.U., 2017. Visible light communication: Applications, architecture, standardization and research challenges. Digital Communications and Networks, 3(2), pp.78-88.

本文来自微信民众号：科学大院（ID：kexuedayuan），作者：焦述铭（深圳大学）