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如果穿越回古代，你最受不了的是什么？想必大部分人都會說：“沒有WiFi！”對于現(xiàn)代人來說，不能快速傳遞信息的生活簡直無法想象
不過，很多影視劇也告訴我們：在沒有WiFi的時候，還是有很多快速傳遞信息方式的，比如燈。
古裝片《長安十二時辰》中，長安城的望樓使用了12個方格傳遞信息，每個方格可以用燈點(diǎn)亮或者熄滅，一共有多達(dá)212種排列組合，表示各種不同的信息，或者可以說傳遞12個比特的信息。
而在韓國電影《寄生蟲》中，因犯下命案而躲在地下室的基宇父親，通過不斷用頭撞地下室的墻，控制地上客廳里一盞感應(yīng)燈的閃爍，以莫爾斯碼向親人寫信。每次控制燈亮的時間稍長一些（橫表示），或者每次控制燈亮的時間稍短一些（點(diǎn)表示），通過幾個不同點(diǎn)或者橫組合表示不同的信息。
沒有WiFi，《長安十二時辰》和《寄生蟲》中展示的通信方式也足夠“高端”，只需要一盞或幾盞“神燈”，不需要布設(shè)光纖，也不需要發(fā)送無線電波，人眼就直接作為天線接收信號。
這種方法是真的靠譜么？
古人真的在用這些方法通信嗎？
在沒有手機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)的時候，兩部影片中人工原始發(fā)信息的方式是不是真的可以使用呢？事實(shí)上，這也是近年來很多研究者在嘗試的“可見光通信”，也被稱為LiFi（Light Fidelity）。但是很多時候，它們并不那么靠譜，實(shí)際可行性也不高。
拿《長安十二時辰》來說，根據(jù)歷史記載，唐朝時并沒有人真的發(fā)明或使用過這套“望樓格子”系統(tǒng)。在古代很長一段時間，真正被廣泛使用的是野外的烽火臺。
烽火臺之間傳遞信息的時候，一般不會利用多盞燈進(jìn)行編碼，而是使用烽火狼煙的濃烈程度表示不同的信號。《墨子·號令篇》中記載“望見寇舉一棰，入境舉二棰，押廓舉三棰，入廓舉四棰，狎城舉五棰“，一棰表示一堆柴草，五棰就表示五堆柴草。
而烽火臺傳遞信息也未必一定要用烽火。在宋代時火藥和火炮已經(jīng)被發(fā)明，“掛旗+放炮”這種“視聽多媒體”的信息傳遞方式效果就更好。
比如賊從東面來，就掛青色旗并響一聲炮；賊從南面來，就掛紅色旗并響兩聲炮；賊從西面來，就掛白色旗并響三聲炮；賊從西面來，就掛白色旗并響三聲炮；賊從北面來，就掛淺黑色旗并響四聲炮[1]。
在中國之外，近代法國也有一套單靠“眼睛看“的千里傳遞信息的系統(tǒng)。
每個”烽火臺“上不再使用煙火，而是架著一根巨大的橫梁和兩個懸臂，稱為Chappe Telegraph，通過橫梁和懸臂轉(zhuǎn)動不同的角度，”擺不同的pose“來表示不同的信息，下一個架子的工作人員會像《寄生蟲》中的基宇一樣拿著望遠(yuǎn)鏡觀看上一個架子的姿勢，一個接一個傳遞，可以把信息從首都巴黎一路傳送到法國的邊境小鎮(zhèn)。
歷史上的可見光通信存在什么問題？
望樓格子，社長家客廳的感應(yīng)燈，烽火臺和法國巨型支架擁有一個共同的缺陷：只要距離一遠(yuǎn)或者遇上遮擋，就啥也看不清了，高倍望遠(yuǎn)鏡也可能無濟(jì)于事。
在幾公里之外，明亮也會變得很黯淡，龐然大物也會變得模糊不清，如果再趕上霧霾天氣，就更雪上加霜了，用它們來作為遠(yuǎn)距離的通信手段并不是最理想的選擇，現(xiàn)代的光纖通信和無線通信才更具優(yōu)勢。
其實(shí)在平時生活中，與《長安十二時辰》的望樓格子最類似的通信方式當(dāng)屬車票上的二維碼或者手機(jī)App上的QR碼了，一個格子就相當(dāng)于二維碼中的一個黑色或白色方塊，大多數(shù)時候手機(jī)攝像頭距離二維碼都很近，掃碼過程也可以看作一種很短距離的可視信息傳遞。
望樓格子這類裝置另一個麻煩在于效率不高，需要人工去翻譯信息，把每盞燈點(diǎn)亮或熄滅，另一個望樓上接收者看到之后，還要再解碼恢復(fù)成信息，這必然消耗不少時間。
傳遞完一組12個方格的信息，要想再傳遞下一組的12個比特，不得不等一等。而對于烽火臺，點(diǎn)燃幾堆柴草，等待濃煙升起，顯然也不是分分鐘的事情。據(jù)記載，西漢衛(wèi)青和霍去病全線出征匈奴時，簡單的號令也是要花一晝夜的時間才能從甘肅的烽火臺接力傳遞到遼東的烽火臺。
而用Chappe Telegraph表示一個信號顯然比燒柴草快不少，但是操縱這樣巨大的機(jī)械裝置，一分鐘能擺上兩三個pose估計(jì)已經(jīng)是上限。所以，古代的各種可見光通信裝置往往只能花費(fèi)比較大的代價，以比較低的效率傳遞一些簡單信息，“難成大器”。
現(xiàn)代的LiFi有何突破？
不過，隨著科技的發(fā)展，LiFi也許真的會走入我們的生活。
在21世紀(jì)，我們有了兩件神器，一是LED燈作為信號發(fā)射器，可以以極快的頻率閃動，二是光電探測器作為信號接收器，閃的再快的LED信號都能接收到，外加計(jì)算機(jī)的快速處理，它們每秒可以傳輸?shù)谋忍財?shù)最快已經(jīng)能達(dá)到10G（1010）比特，是《長安十二時辰》和《寄生蟲》中人工操作效率的無數(shù)倍，這相當(dāng)于幾秒鐘之內(nèi)，就可以輕松把一整部電影從一盞LED的燈光之中下載到自己的手機(jī)或筆記本電腦里。
現(xiàn)代LiFi的原理其實(shí)正是“望樓格子”、“以頭亮燈”與烽火臺的結(jié)合體。我們既可以讓LED燈在一秒內(nèi)不同時刻有時高亮度，有時低亮度，像望樓格子的某一盞燈時亮?xí)r暗的方式傳遞信息（OOK調(diào)制），也可以像《寄生蟲》里那樣通過控制LED燈長短不同的高亮度脈沖傳遞信息（PPM調(diào)制），還可以像古代烽火臺掛不同顏色旗那樣，利用不同顏色LED燈光（意味著光的波長不同）同時傳遞信息（OFDM和CSK調(diào)制）。
讓我們想象一下用上LiFi的場景：
在飛機(jī)上或者會議室里，用LED燈提供上網(wǎng)服務(wù)自然是LiFi最直接的應(yīng)用了。
利用LiFi進(jìn)行室內(nèi)定位。憑借GPS和手機(jī)基站，在戶外定位輕而易舉，然而在大型購物中心之類的室內(nèi)場景中，由于GPS的失靈和無線通信基站數(shù)量的有限，手機(jī)地圖會經(jīng)常和你一樣迷路。不過有了LiFi后，我們可以在室內(nèi)場所密集安裝一些可以發(fā)送信號的LED燈，手機(jī)攝像頭就直接可以用作LiFi接收器，幫助你實(shí)現(xiàn)室內(nèi)的定位與導(dǎo)航。
此外，LiFi可以使得汽車之間通過車燈互相傳遞信息，防止碰撞事故，交通燈和路燈也可以默默地向公路上的車輛傳遞悄悄話，發(fā)送路況信息，而水下機(jī)器人之間也可以用光線來互相交流。
LiFI的優(yōu)勢與面臨的挑戰(zhàn)
目前LED燈本身已經(jīng)被廣泛用于室內(nèi)外的照明，很多LiFi的設(shè)想都是“照明+通信“兩不誤。傳遞信息并不影響LED燈本身的照明功能，或者說LiFi是一種”免費(fèi)搭便車”的設(shè)計(jì)，“反正燈也是開著的，為何不用來同時傳遞些信息呢？不用白不用”。
此外，與現(xiàn)在的WiFi相比，LiFi還代表著更高的速度與安全性。可見光波段的帶寬先天就比無線射頻波段要寬，對數(shù)據(jù)傳輸來說，相當(dāng)于一個是高速公路，一個是鄉(xiāng)間小道，LiFi理論上能達(dá)到的下載速度比WiFi和手機(jī)流量要快很多。
在安全方面，如果在房間里安裝一個無線路由器或者手機(jī)基站，與你一墻（甚至幾墻）之隔的他人也能蹭你的網(wǎng)，或者利用某些手段獲取你的個人信息。而可見光相比于無線射頻信號更加“老實(shí)”，只要門窗遮蔽得嚴(yán)嚴(yán)實(shí)實(shí)，隔壁老王就什么也接收不到，安全隱私這一項(xiàng)上LiFi加分。
不過可見光傳輸距離短，不容易翻墻越戶這一點(diǎn)也是個雙刃劍，注定了LiFi難以完全取代WiFi，更適合作為WiFi的“互補(bǔ)搭檔”。如上所說，古代的烽火臺之類可見光通信系統(tǒng)難有大作為，其實(shí)也是因?yàn)檫@一點(diǎn)。
現(xiàn)在的LiFi技術(shù)設(shè)計(jì)者也都有“自知之明”，通常會把一個房間這樣的短距離作為LiFi主要用武之地。但即使在室內(nèi)，如果有人不小心把燈光擋住，信號也就會中斷。相比之下，一個大漢站在無線路由器前，WiFi無線信號還是能輕而易舉通過衍射和繞射避開障礙，不受多少影響。
LiFi覆蓋范圍小的缺點(diǎn)還意味著要安裝很多盞燈，覆蓋每個角落，才能保證穩(wěn)定通信。另外，LiFi還有一個不足之處在于，雖說利用手機(jī)或電腦上的探測器從一盞LED燈下載數(shù)據(jù)不難，但是反方向的上傳數(shù)據(jù)卻比較難實(shí)現(xiàn)。
由此可見，LiFi技術(shù)既充滿誘人的前景，也面臨難以回避的挑戰(zhàn)。不過這不妨礙研究者為LiFi量體裁衣推出了各種應(yīng)用產(chǎn)品，未來用燈光傳遞信息將有越來越多的機(jī)會成為日常的生活體驗(yàn)。
期待在生活中與LiFi早日相見~
參考文獻(xiàn)：
[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.
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