摘要

2025年3月10日，歐洲陸軍互操作性中心發布了一篇題為《光的優勢：探索軍事數據傳輸的下一個前沿》的報告。本文基于上述報告，首先介紹了光保真技術（Li-Fi）的定義、系統構造和標準化；其次分析了Li-Fi在軍事領域潛在的應用價值；隨后探討了Li-Fi在戰場環境中可能面臨的實際挑戰；最后從多個維度對Li-Fi與傳統射頻通信技術的優劣勢進行了比較。

關鍵詞：光保真（Li-Fi），軍事通信，作戰行動，指揮控制，技術攻關

PART.01

Li-Fi的定義

在數字時代，數據傳輸的重要性愈發凸顯，尤其在全球化的浪潮下，其關鍵作用不言而喻。無線保真（Wi-Fi）作為無線通信領域的核心技術之一，憑借射頻（RF）技術實現了遠距離的數據傳輸，極大地便利了人們的生活。然而，隨著互聯網用戶的激增，現有的射頻頻譜資源已逐漸捉襟見肘，難以滿足日益膨脹的數據傳輸需求。連接中斷、傳輸被干擾或攔截、安全性降低以及網絡擁塞等問題層出不窮，成為亟待解決的挑戰。

光保真（Li-Fi）技術作為一種新興的無線通信技術，有望攻克這些難題。與傳統的依賴無線電波的通信方式不同，Li-Fi技術巧妙地利用可見光進行數據傳輸。其核心技術是可見光通信（VLC）系統，以400太赫茲（780納米）到800太赫茲（375納米）之間的可見光作為數據傳輸和照明的光載波。具體而言，Li-Fi技術通過以人眼無法察覺的速率調制光線的發光二極管（LED）燈泡來傳輸數據。這些LED燈泡不僅充當照明光源，還兼具數據傳輸設備的功能，通過改變光線的閃爍速率實現數據編碼。

由于Li-Fi信號僅限于光源照亮的區域，無法穿透墻壁，因此數據不會像Wi-Fi那樣在空間內廣泛傳播，從而大大降低了被未經授權的用戶截獲的風險。這一特性使得Li-Fi在處理敏感信息方面頗具優勢，尤其適用于對數據安全要求極高的場所。此外，Li-Fi的這種天然屏障還有效避免了外部干擾，進一步確保了數據的隱私性，這是傳統射頻通信技術難以企及的。在傳輸速率和帶寬方面，Li-Fi也展現出卓越的性能，遠超傳統Wi-Fi，能夠輕松應對高帶寬需求的應用場景。更為重要的是，Li-Fi通過將數據傳輸與照明功能相結合，不僅能夠節約能源、降低對環境的影響，還能優化能源使用、延長照明設施的使用壽命，并增添額外的功能價值。這種獨特的雙重功能，使其成為一種既高效又節能的通信與照明解決方案。在穩定性和可用性方面，Li-Fi同樣優勢顯著。它不易受到射頻干擾，即使在復雜的工業環境中，也能保持穩定的連接。由于光源無處不在，只需將普通燈泡更換為LED燈泡，即可實現Li-Fi部署。這種廣泛的可用性與強大的性能相結合，確保了Li-Fi能夠在不中斷的情況下支持關鍵通信。

PART.02

Li-Fi系統的構造與標準化

1.構造

根據Li-Fi通信領域領軍企業荷蘭LiFi.Co公司的說法，Li-Fi系統的關鍵組成部分包括：

• 光源（發射器）

現代Li-Fi系統的光源通常采用的是LED燈泡。LED在電流作用下發光，通過調節電流的強度和頻率，可以將數據編碼到光信號中進行傳輸。

• 光電探測器（接收器）

光電探測器是接收端的關鍵部件，將捕捉到的光信號轉化為電信號。這些信號隨后被轉化為二進制數據。Li-Fi系統中常用的光電探測器包括光電二極管和雪崩光電二極管，具體選擇何種探測器需根據速度和靈敏度需求。

• 信號處理單元

信號處理單元的作用是對從光電探測器接收到的電信號進行處理和轉換，使其能夠被數據設備識別和處理。如果信號較弱，信號處理單元會對其進行放大，以保證數據傳輸的準確性和完整性。

• 調制與解調電路

調制電路將數據編碼到光信號中，而解調電路則將光信號中的數據解碼出來。不同的調制方案，如開關鍵控（OOK）和正交幅度調制（QAM），可以根據數據傳輸速率的要求進行選擇。

• 光學組件

光學組件主要用于優化光信號的傳輸與接收。透鏡可以將光聚焦到光學探測器上，提高光的接收效率；濾光片可以過濾掉干擾光，確保光信號的純凈性。

• 電源與管理設備

電源為LED燈提供能量，而電源管理設備則確保LED在運行過程中不會過熱或浪費能源，從而提高系統的穩定性和效率。

• 與數字設備的接口

在Li-Fi系統中，與數字設備的接口主要作用是實現數字設備與Li-Fi網絡之間的數據傳輸和交互。它允許數字設備，如智能手機、平板電腦、筆記本電腦等，連接到Li-Fi網絡，從而能夠接收和發送數據。通過這個接口，數字設備可以將需要傳輸的數據轉換為適合Li-Fi傳輸的格式，例如將二進制數據編碼到可見光的調制信號中進行發送。同時，接口也負責將接收到的光信號轉換為數字設備能夠理解和處理的電信號及數據格式，使數字設備能夠正常接收和處理來自Li-Fi網絡的數據，進而實現諸如上網、文件傳輸、視頻播放等各種功能。

總體而言，從基礎層面上看，一個Li-Fi系統包含兩個核心部件，即充當信號發射器的高亮度LED，以及對可見光波長范圍敏感、用作信號接收器的硅光電二極管。二者通過LED光強度快速且不可見的波動實現數據在彼此之間的高速、無線傳輸。LED可進行“開”和“關”的操作，從而生成由“0”和“1”組成的數字串。具體來說，通過用數據信號調制LED光，LED燈可化身為通信源。值得注意的是，Li-Fi不僅能在可見光譜上工作，還能在紅外、紫外等不可見光譜上運行。這種多功能性增強了其在各種環境條件下的應用潛力。從這個意義上講，Li-Fi通信可視為Wi-Fi通信的光學版本，是一種基于可見光通信技術、利用光脈沖無線傳輸數據的系統。

2.標準化

2023年6月，電氣電子工程師學會（IEEE）批準了Li-Fi技術的商業應用標準，即802.11bb標準。該標準是一個重要的里程碑，標志著Li-Fi正式從實驗室研究邁向商業化應用。該標準明確了Li-Fi的物理層規范和系統架構，為其在全球范圍內的廣泛采用奠定了基礎。

802.11bb標準的采納表明，Li-Fi技術已具備滿足大眾市場需求的條件，例如低成本、低能耗和高容量。此外，Li-Fi技術可以在光介質上完全復用Wi-Fi協議，這意味著它可以將Wi-Fi的流量卸載、安全性和導航能力提升到新的高度。與Wi-Fi相比，Li-Fi在帶寬、效率和安全性方面具有顯著優勢，并且已經在實驗室中實現了極高的傳輸速度。LED燈的低成本特性還使Li-Fi技術具有廣泛的可用性。例如，通過路燈提供公共互聯網接入，或者讓自動駕駛汽車通過車頭燈進行通信等。Li-Fi可以與現有的無線技術如Wi-Fi、蜂窩網絡等互補和協同，形成一個多元化的無線生態系統。

從根本上講，標準化之后所形成的架構將Li-Fi技術置于未來數據傳輸的核心位置，因為其傳輸速度極快，超過10 Gbps。然而，目前的802.11bb標準主要面向民用和商業市場，并未針對軍事用途進行優化。隨著技術的進一步發展，未來可能會出現專門針對軍事應用的Li-Fi標準。

PART.03

Li-Fi的潛在軍事應用

軍事行動的環境復雜多樣，從城市到偏遠山區再到海洋。在這些環境中，傳統的電磁頻譜通信網絡容易受到攻擊，因為其信號傳播方向不固定，容易被惡意劫持。Li-Fi技術因其信號傳播的定向性和穩定性，能夠有效解決這一問題。它不僅可以填補無線電波的覆蓋盲區，如隧道、地下掩體、潛艇等，還可以與現有設備或便攜式設備結合使用，快速部署在臨時指揮所中。

1.指揮與控制

Li-Fi技術的獨特安全性源于其信號傳播特性：光無法穿透墻壁，使得信號被精準限制在特定空間內。結合先進的加密手段，Li-Fi能夠有效防止敏感數據被外部截獲。在分秒必爭的軍事指揮控制行動中，Li-Fi通信能夠顯著降低軍事互聯網的延遲，實現關鍵數據近乎實時的傳輸，從而幫助作戰人員做出實時決策和快速應對局勢變化。

在軍事指揮中心和政府機構等高度機密的場所中，傳統的射頻通信技術可能因安全風險而受到限制。Li-Fi技術作為一種基于光的通信方式，提供了一種安全可靠的通信替代方案，其信號傳播不會超出指定區域。憑借高帶寬優勢，Li-Fi在戰場上的指揮與控制中心具有重要的應用價值，有助于快速、安全地構建通用作戰態勢圖（COP）。

Li-Fi技術具有強大的抗電磁干擾能力，并且可以根據具體需求進行結構定制。這使其特別適合用于飛機和海軍艦艇的通信系統。與傳統的射頻通信技術相比，Li-Fi還能夠有效避免來自機載電子設備或外部來源的干擾，從而確保通信的可靠性。

2.水面作戰

海軍水面作戰不僅僅是在海洋中進行的軍事行動，它還涵蓋與水域相關的各種活動，包括沿海地區、河流及港口。這些作戰行動通常發生在高度動態的環境中，涉及空中、水面、水下等多個領域，因此通信系統需要具備無縫連接、高速傳輸和高度安全的特性。無論是在艦隊機動還是潛艇監視等多樣化任務中，通信系統都必須能夠抵御網絡攻擊和物理破壞，以保障作戰行動的高效性。

在傳統射頻通信受阻或完全無法使用的戰場空間里，海軍將面臨與大陸失去直接聯系的困境，只能嚴格依賴預先制定的計劃行動。在這種極端條件下，Li-Fi通信將能夠憑借其高帶寬、抗干擾性強、可用性廣泛的優勢，提供快速、安全的數據傳輸，幫助艦隊指揮官保持對作戰行動的控制，并依據實時局勢調整行動計劃，從而確保任務成功完成。

Li-Fi通信的獨特優勢使其適用于多種海上場景。例如，同一艦隊中的不同艦艇可以通過可見光或紅外光束實現無障礙通信，這對于艦隊的機動部署和隱蔽行動至關重要。在復雜的海上任務中，艦艇需要頻繁與基地或港口進行信息交流，例如匯報設備維護狀況、物資補給需求以及任務執行進度等。Li-Fi技術為這種通信提供了一種高效且安全的解決方案。

3.水下作戰

水下通信是現代海戰的關鍵領域之一，但由于水下環境的復雜性，傳統的射頻通信在該環境中傳播效果不佳，因此目前主要依賴聲學通信。然而，聲學通信存在傳輸速度緩慢、易受干擾等諸多局限性。相比之下，Li-Fi系統能夠在水下環境中通過藍綠色光譜范圍內的光信號實現高速數據傳輸，顯著提升通信效率。

Li-Fi技術能夠在不暴露潛艇位置的情況下實現潛艇之間的通信，從而顯著提高水下作戰的安全性和隱蔽性。此外，Li-Fi還可用于潛艇與水面艦艇之間的通信，使潛艇能在不浮出水面的情況下與外界保持緊密聯系，進一步降低被發現的風險。不僅如此，Li-Fi通信系統還可以與潛艇上的其他系統（如導航系統、武器控制系統等）深度集成，為潛艇的水下作戰行動提供全面且高效的支持，助力潛艇在復雜多變的水下戰場環境中保持優勢。

隨著無人機（UAV）和自主水下航行器（AUV）逐漸重塑未來戰場的形態，保障這些系統與人類操作員之間通信的安全性與可靠性變得至關重要。Li-Fi技術的出現有望成為一項重大突破，改變無人機與艦艇、自主水下航行器與艦艇/潛艇之間的通信方式。無人機可以借助基于光的通信技術，將情報、監視與偵察（ISR）數據安全地傳輸到艦艇上，而無需依賴容易被截獲或干擾的射頻信道。與此同時，執行水下任務的自主水下航行器也能夠利用Li-Fi技術，將采集到的數據發送至附近的艦艇或潛艇，從而構建起一個高效、穩定的水下傳感器網絡。

4.危機處置和災害響應

在危機管理和救災行動中，傳統的無線通信技術（如Wi-Fi和4G/5G）常常因基礎設施的損壞或復雜的電磁環境而無法正常工作。相比之下，Li-Fi技術則展現出了獨特的優勢。它通過LED燈具和光電探測器進行通信，只要有光的存在，就能實現高速、穩定的數據傳輸。更重要的是，Li-Fi不受電磁干擾的影響，即使在充斥著大量電子設備和復雜信號的環境中，也能夠保持通信的穩定性和可靠性。

當自然災害發生時，軍隊往往是最快響應的救援力量之一，協助開展救災行動，提供后勤、醫療和安全保障。在這種緊急情況下，通過搭建基于Li-Fi的本地網絡，軍隊可以與其他應急響應人員之間實現無縫通信。該網絡能夠支持數據共享、救災情況的實時更新以及資源的精準追蹤，從而確保多個部門之間的協調行動。此外，Li-Fi通信的本地化特性進一步增強了數據的安全性，降低了在沖突頻發地區開展救災行動時通信被截獲或干擾的風險，為救援行動提供了更可靠的保障。

一個可行的方案是部署Li-Fi氣球。這些氣球配備了先進的通信裝置和獨立的電源，能夠通過一款名為LibNet的網絡系統快速部署在受災地區。LibNet是一種專為Li-Fi而設計的網絡系統，它能夠實現受災者和救援人員之間的即時通信，為救援行動提供一個安全、高效且穩定的通信平臺。這種方案不僅能夠快速恢復受災地區的通信能力，還能夠在極端環境下為救援人員提供持續的支持，極大地提升了救災行動的效率和安全性。

PART.04

Li-Fi的戰場運作難題

在實際應用中，將Li-Fi系統部署于動態環境面臨著諸多挑戰。作戰區域或移動指揮中心往往需要高度靈活的通信系統，以確保在持續移動中保持穩定運行。然而，Li-Fi系統依賴于固定光源，這使其在適應移動場景時遠不如射頻通信系統靈活，尤其是對于行進中的部隊或車輛而言，這種局限性尤為明顯。

此外，Li-Fi的信號安全性是一把雙刃劍。一方面，其有限的作用空間以及光信號無法穿透墻壁的特性，使其在防止遠程截獲方面比射頻系統更具優勢。另一方面，可見光束可能會無意中暴露行動位置，從而對隱蔽任務構成風險。雖然可以通過采用窄光束或加密通信等技術手段來解決這一問題，但這無疑會增加系統的復雜性。

Li-Fi系統的成本和維護問題也是其在戰場上大規模普及的重大阻礙。Li-Fi系統需要配備專用硬件設備，如高速調制的LED燈、光電探測器以及網絡管理系統等，這些設備的采購和安裝需要高額的初始投資。此外，在惡劣環境下（如高溫、潮濕或深水環境）維護Li-Fi系統難度較大。這些環境因素容易加速硬件老化，縮短系統的使用壽命。

Li-Fi技術在軍事應用中還面臨互操作性問題。由于尚未建立統一的軍用標準，Li-Fi在多平臺和多單位的協同通信中存在諸多不便，這可能會導致聯合行動效率降低或出現安全漏洞，尤其是在與現有的射頻通信系統進行融合時。因此，未來需要通過制定標準化協議和開發混合系統，整合Li-Fi與傳統射頻通信技術的優勢，來提升其在戰場上的適用性和可靠性。

PART.05

Li-Fi與傳統無線通信技術的對比

Wi-Fi和藍牙等傳統無線通信技術憑借其成熟度和廣泛的使用場景，早已成為無線通信領域的主流選擇。Li-Fi作為一種新興技術，雖然展現出巨大的應用潛力，但目前仍處于發展階段，尚未完全成熟。關于兩者在不同軍事應用場景中的優缺點比較如下。

1.帶寬與速度

與傳統無線通信技術相比，Li-Fi最顯著的優勢之一是其利用可見光譜實現高速數據傳輸的能力?？梢姽庾V的帶寬比射頻頻譜高出數千倍，理論上Li-Fi能夠實現高達224 Gbps的數據傳輸速率。相比之下，基于射頻頻譜的Wi-Fi系統在最新的Wi-Fi 6標準下，其最大理論速度僅為9.6 Gbps。

這一帶寬優勢使得Li-Fi成為軍事領域中數據密集型應用的可行選項，如實時數據分析、士兵增強現實系統以及偵察用的高清視頻流媒體。然而，要實現如此高速的數據傳輸，實際應用中需要滿足極為苛刻的條件，包括保持直視路徑、避免環境光干擾，以及確保接收端設備盡可能靠近光源等。相比之下，Wi-Fi等射頻技術則在遠距離傳輸和存在障礙物或天氣惡劣的情況下表現更為穩定。

2.作用范圍與可擴展性

Wi-Fi信號在室內可覆蓋數十米距離，在室外的覆蓋范圍更廣。它能夠穿透墻壁，非常適合用于大規模部署，例如在軍事基地或作戰區域內保障通信。Li-Fi由于依賴光源和光電探測器，因此與Wi-Fi相比，其作用范圍顯得相形見絀。為了達到與Wi-Fi相同的覆蓋效果，Li-Fi需要密集布置光源，這無疑大幅增加了基礎設施的需求和成本。

Wi-Fi在動態環境中（如移動指揮中心或行駛車輛）實現無縫連接的能力更勝一籌。Li-Fi由于需要穩定的直視路徑，在動態場景中表現欠佳。雖然目前已有結合射頻與Li-Fi技術的混合通信系統正在探索之中，但這些技術尚未成熟到可以廣泛應用于軍事領域。

3.干擾與環境因素

傳統無線技術容易受到其他射頻系統的干擾，尤其是在電子設備密集的環境中，信號質量會大打折扣。相反，Li-Fi利用光來傳輸數據，不受電磁干擾的影響，因此在需要避免電磁干擾的軍事行動中，如電子戰環境，Li-Fi具有明顯的優勢。

盡管Li-Fi不受電磁干擾，但它對環境因素非常敏感。例如，陽光可能會干擾光電探測器的正常工作，而霧、雨或塵埃等天氣條件會導致光線散射，從而降低信號質量。這些弱點使得Li-Fi不適合在戶外或惡劣天氣條件下使用，而傳統射頻系統在這種環境下表現更穩定。雖然自適應光學和環境屏蔽技術可能有助于解決這些問題，但這些解決方案目前仍處于研發階段。

4.安全性考量

Li-Fi通過光信號傳輸數據，而光信號無法穿透墻壁，這意味著通信范圍被限定在光源所在的物理空間內。這一特性使得Li-Fi通信比射頻系統更難被遠程截獲或竊聽。對于涉及機密或敏感信息的軍事應用，Li-Fi的這一特性為其提供了額外的安全保障。

然而，Li-Fi信號的可見性可能會暴露光源的位置，從而給需要隱蔽的軍事行動帶來風險。Wi-Fi和其他射頻系統雖然更容易被截獲，但它們的信號不像光信號那樣容易被直接發現。

5.能效

在電力資源有限的場景中，能效是Li-Fi和傳統無線技術（如Wi-Fi）的關鍵考量因素。Li-Fi可以利用現有的LED照明系統，同時實現照明和數據傳輸的雙重功能。這種方式理論上比分別部署照明和通信系統更加節能。

然而，LED持續用于照明和數據傳輸也會增加電力需求，特別是在需要24小時不間斷連接的情況下。相比之下，Wi-Fi不需要持續照明，因此在電力受限的環境中（如偏遠哨所）可能更具適應性。

6.硬件與基礎設施

Wi-Fi和其他基于射頻的系統由于廣泛使用，已經形成了標準化的硬件和協議，能夠在不同平臺上實現無縫整合。而Li-Fi需要專門的硬件組件（如光電探測器、LED和調制解調器），這使得其部署更加復雜且成本更高。此外，為了將現有的軍事基礎設施改造為支持Li-Fi，還需要在硬件升級和人員培訓方面投入大量資金。

Li-Fi目前缺乏通用的軍用標準，這限制了其與現有軍事通信系統的兼容性。在涉及多個軍事單位或盟國的聯合行動中，缺乏標準化可能導致通信效率低下或出現安全漏洞。相比之下，Wi-Fi已經形成了成熟的生態系統，具有跨廠商兼容性，因此在這些場景中仍然是更實用的選擇。

7.應用適宜性

Li-Fi和傳統無線技術的選擇應根據具體應用場景的需求來決定。對于室內環境（例如指揮中心或安全通信樞紐），如果追求高速數據傳輸和增強的安全性，Li-Fi是更好的選擇。Wi-Fi等射頻系統則更適合室外、大規?；蛞苿硬渴鸬膱鼍埃驗檫@些場景更注重信號的覆蓋范圍、可擴展性和環境適應性。

結 語

對Li-Fi這種尖端通信技術的探索凸顯了其在解決傳統射頻系統局限性方面的變革潛力。憑借其前所未有的帶寬、固有的安全優勢以及節能設計，Li-Fi有望在眾多應用領域重新定義無線通信，尤其是在軍事領域。隨著軍事行動日益復雜且對技術的依賴性增強，對安全、高速且可靠的通信系統的需求變得更加迫切。Li-Fi在這些方面的能力使其有望成為現代國防中的關鍵資產。

在軍事指揮與控制中心，Li-Fi的高速數據傳輸能力和抗電磁干擾能力能為軍事信息傳輸創造優勢。通過支持實時決策并確保數據交換的安全性，Li-Fi能夠增強態勢感知能力并優化任務協調。其本地化特性降低了關鍵信息被截獲的風險，為敏感行動提供了可靠的通信解決方案。同樣，在海軍作戰中，Li-Fi實現安全且無干擾通信的能力有望改變艦隊協同和水下通信的方式，解決傳統射頻系統長期存在的挑戰。

Li-Fi的獨特性也使其成為危機管理和災害響應中不可或缺的工具。在傳統基礎設施缺失的情況下，Li-Fi能夠建立本地化的高速網絡，促進急救人員和軍事人員之間的無縫協調，提升救援行動的效率。此外，創新的部署方式的開發，例如配備Li-Fi的氣球或便攜式LED系統，進一步擴展了其在緊急場景中的適用性。

然而，將Li-Fi技術整合到軍事通信網絡中并非輕而易舉。Li-Fi依賴于視距通信，并且傳輸范圍有限，這需要在技術和基礎設施方面取得進一步的突破。環境因素，例如陽光和雨、霧等天氣條件，也帶來了額外的障礙，需要通過自適應光學技術和屏蔽解決方案來解決。此外，Li-Fi技術的推廣還面臨著經濟方面的壓力。其初始成本較高，主要是因為需要專用的硬件設備。這不僅增加了系統的采購成本，還可能導致維護和升級的費用增加。通過制定合理的投資計劃和分階段推進技術應用，可以在控制成本的同時，逐步解決技術難題，最終實現Li-Fi技術在軍事通信中的廣泛應用。

結合Li-Fi和射頻技術優勢的混合系統是未來軍事通信系統的發展方向。這種系統可以在局部環境中利用Li-Fi實現高速、安全的數據傳輸，同時利用射頻系統進行遠程通信，從而為軍事通信提供一種兼具平衡性與韌性的解決方案，滿足軍事行動的多樣化需求。然而，要實現這種混合系統，還需要在硬件開發、標準化和集成協議方面取得進展，以確保不同技術之間的兼容性和協同工作。

展望未來，持續的研究與開發將是攻克Li-Fi技術難題的關鍵。在調制技術、光電探測器靈敏度以及節能設計等方面的創新，將進一步提升Li-Fi在軍事應用中的可行性。隨著各國為獲取戰略優勢紛紛加大對下一代通信技術的投入，Li-Fi在塑造國防通信未來中的作用不容小覷。

>End

本文轉載自“淵亭防務”，原標題《光保真技術：軍事通信的新前沿》。

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