Коллектив Авторов: Цифровой журнал «Компьютерра» № 121

Опубликовано16 мая 2012 года

На выставке бытовой электроники CES 2012, проходившей в январе 2012 года в американской столице развлечений Лас-Вегасе, японская Casio продемонстрировала необычный фокус: один смартфон передавал текстовые сообщения на другой при помощи... экрана. Это была демонстрация в действии технологии беспроводной связи Visible Light Communication (VLC), также известной как Li-Fi.

О возможности передачи данных при помощи света известно давно: достаточно вспомнить оптические телеграфы, известные с XVII века. Для обмена сообщениям использовались высокие семафорные башни или столбы, оснащённые фонарями или прожекторами и отражающими зеркалами, при этом дальность связи между двумя точками достигала 65 километров. Несколько линий оптического телеграфа существовало и в России вокруг тогдашней столицы Петербурга вплоть до 1860 года, когда на смену им пришёл электрический телеграф.

Вернуться к этой, казалось бы, безнадёжно устаревшей идее заставило, как ни странно, развитие микроэлектроники: современные излучатели света, как видимого спектра, так и инфракрасного и ультрафиолета, позволяют передавать огромные объёмы данных — нужно лишь особым образом закодировать сигнал и организовать массивы излучателей. Включённая лампа может означать логическую единицу, а выключенная — ноль. Если при этом использовать такие излучатели, как светодиоды, то сам процесс не будет заметен для человека, поскольку они способны включаться и выключаться на высочайшей скорости. Проще говоря, такой передатчик может служить и в качестве обычного светильника.

Ведущим разработчиком этой технологии стала группа учёных из Эдинбургского университета во главе с немецким профессором Гаральдом Хаасом. Параллельные исследования в области оптической беспроводной связи ведутся в Германии, США, Корее и Японии — в частности, компаниями Siemens, Intel и Casio. В октябре 2011 года несколько фирм из Германии, Норвегии, Израиля и США объединились в Консорциум Li-Fiдля продвижения перспективной технологии на рынке.

Гаральд Хаас занимается разработкой VLC с 2003 года: представители нескольких факультетов Эдинбургского университета создали проект под названием D-Light, спонсором которого стал университет; ему же принадлежат все права на создаваемую интеллектуальную собственность. Любопытно, что офис Хааса расположен в историческом здании, где в 1880 году Александр Белл впервые отправил голосовое сообщение при помощи модулированного луча света. Сегодня здесь же проводятся исследования по реализации этой же идеи на принципиально новом научном уровне.

Эксперименты проекта D-Light показали, что светодиоды можно использовать как для освещения, так и для беспроводной передачи данных. При этом эта технология быстрее, безопаснее и дешевле любых других типов беспроводной связи. Кроме того, она применима в тех случаях, когда радиосвязь невозможно использовать, или там, где она в принципе недоступна, к примеру на больших глубинах под водой или в полёте.

Суть изобретения Хааса заключается в способе модулирования сигналов: информация, закодированная в луче света от полупроводниковых светодиодов, передаётся с помощью огромного числа изменений интенсивности свечения, происходящих со сверхвысокой частотой 100 миллионов циклов в секунду или 100 МГц. Фотоэлемент фиксирует эти мельчайшие изменения и преобразует их обратно в цифровой сигнал.

В ходе исследований Хаас использовал особенности системы беспроводной передачи данных MIMO (Multiple Input Multiple Output — несколько входов и несколько выходов), в которой для отправки и приёма данных применяются несколько разнесённых между собой антенн, слабо коррелированных друг с другой, что обеспечивает ускорение передачи данных. Кроме того, во внимание принимались возможности реализованной в мобильных сетях 4G и спутниковом DAB-радио цифровой схемы модуляции OFDM (Orthogonal frequency-division multiplexing — мультиплексирования с ортогональным частотным разделением каналов).