電波反射 & LED & 氣球：通信新世界🤩｜通信大解密📱｜第三部 生活中的通信名詞

不知道大家有沒有讀過老派的推理小說？裡面可能出現以下橋段：
下午，耀眼的太陽將整座城市灑上一層金粉。坐在窗邊的NumNum，突然注意到幾條街外的閣樓窗口，有一道光芒規律地閃爍著。不尋常的規律性令他起疑，他數著明暗變化。短、短、短、長、長、長、短、短、短，剛好是摩斯密碼的「SOS」。拿起手邊的望遠鏡一看，鏡頭裡出現一位年輕女孩，用鏡子反射陽光，向外界發送求救訊號。
這段以威老師杜撰的推理小說裡，有兩種經典通信技術的影子，分別是摩斯密碼和貝爾發明的光電話。光電話的特色是利用太陽光傳遞資料。但因為太容易受到天候影響，後來被無線電通信取代。不過，有趣的是，隨著無線電通信的普及，如果小說裡的女孩能用鏡子求救，用鏡面反射、折射無所不在的電磁波，不需要自己設法產生電波，就能傳遞資訊嗎？2013年，一篇學術研究成果，提出 #環境電波反射通信（Ambient Backscatter Communication）的概念，也實證了可行性。剛剛的比喻，大家可能覺得很容易。但其實環境電波的反射非常困難，環境電磁波相當雜亂隨機，接收端該如何從紊亂的環境電磁波中察覺「反射」和「吸收」的變化呢？如果從剛剛的故事比喻，大概就是將場景從戶外換到夜店，女孩用化妝鏡，試圖反射舞池裡快速閃爍的燈光。燈光不強又混亂，周遭又有很多其他光線，該怎麼反射呢？一種簡單的做法是，鏡子舉久一點，讓反射的明暗變化慢一點。計算一段時間內的平均明暗變化，藉由平均抵銷快速變化的舞池燈光影響。
接下來想跟大家介紹的，是以威老師非常喜歡的光電話後代，日前被標準化的802.11bb，或稱為 #Li-Fi 的技術。它運用LED進行短距離、高速率的傳輸。速率有多高呢？大概200多Gbps。現在Wi-Fi 7最快不到50Gbps，所以Li-Fi的傳輸速率真的很高。Li-FI的原理基本上跟「壞掉的燈泡」很像。大家有看過壞掉的燈泡嗎？壞燈泡的亮暗是隨機跳閃，但Li-Fi的亮暗，則根據資料而變化，當傳輸0，LED燈會暗下來，傳輸1，LED燈會亮起來，跟烽火台一樣的概念，可以說是烽火台3.0的概念，只是LED的發光體縮小非常多。但等等～大家可能覺得LED燈閃來閃去，房間裡的人不會很不舒服嗎？這是一道數學問題，大家可以算算看，就算只有1Mbps，一秒傳一百萬個位元，LED燈1秒得閃100萬次。人的肉眼完全跟不上LED閃爍的速度，我們的肉眼是不會察覺到這個閃爍的變化。實際上Li-Fi技術複雜得更多，無法直接將Li-Fi的速率換算成閃幾次，是為了讓大家理解才簡化說明。
對Li-Fi有初步了解後，大家能感受到它有很多優點。首先，前面講環境電波反射通信不需要自己發射電磁波，Li-Fi雖然需要LED發光，但某種程度上可以視為是搭順風車。因為現在很多環境，需要長久開燈。念書需要燈，上課教室裡要開燈，捷運裡也需要開燈。那Li-Fi能在日常使用燈光的同時，順便進行資料的傳輸，不需花費額外的傳輸能量。當然，資料的編碼、解碼、信號處理，還是需要其他能量，並不是完全免費。其次，Li-Fi跟無線電波在不同的頻段，彼此不會干擾。所以，有些禁止使用無線電波的環境，例如醫院，或飛機起飛降落的時候，Li-Fi不受影響，可以繼續使用。這同時帶出第三個對電信商來說更重要的優點，不用花大錢買頻譜！第四個優點是「安全性」，資訊安全是當代非常重要的議題，Wi-Fi也常常會被詬病有一些資安問題。因為Li-Fi頻率高，傳輸距離短。基本上有光的地方才能收到信號。所以大家不用擔心隔牆有耳，或像鄰居可能偷用你家的Wi-Fi，這類事情都不會發生。如果大家一直都有看這系列的通信影片，應該也能想到，任何特性都是一體兩面，有好有壞，端看工程師如何發揮。Li-FI看起來安全性很高，反過來說，它的傳輸距離很短。如果學校要導入Li-Fi，每間教室的燈光設備都要汰換。再來，前面說到燈就能傳資料，反過來看，如果大家半夜關燈滑手機，Li-Fi不一定是最佳選項。
接下來要介紹的通信技術，則是被迫暫時喊停的技術，是世界級的大企業google發起的通信挑戰，計畫名為 #氣球通信（Project Loon）。去年大家應該有看到一則新聞，中國的高空氣球飛入美國國境，被發現氣球上有電子設備，被質疑是不是間諜氣球，最終被美軍擊落。從這則新聞可以知道，高空氣球固然能突破地域限制，大範圍觀測。既然能觀測，就也能傳輸與接收資料。Google在2011年發起計畫時，看中的就是這個概念，他們想說，很多區域因為基礎建設相對落後，很難上網，造成數位落差。雖然有無線通信，但還是需要基地台，基地台就還是需要電、有線網路來連結。Goolge loon發想是，只要有一顆氣球，地表的用戶把訊號打到氣球上，氣球找到地表的基地台，就能讓偏遠地方的人能上網。當然，Google做這件事最終回歸商業價值，越多人上網，廣告業務就越蓬勃。2011年開始，該項計畫一度發展蠻好的，不僅實現地表到氣球的通信，氣球和氣球間也有雷射通信，它們還發展了控制高空氣球移動的演算法，讓氣球可以動態調整位置，減少所需的氣球數量。後來被迫暫停的原因是，Google發現偏遠地區的上網比例，隨時間增加得很快，若真不能上網，關鍵不是沒有基礎建設，而是當地居民因貧窮，無法負擔自己的設備。
#通信大解密 #生活中的通信 #環境電波反射通信 #Li-Fi #氣球通信 #ProjectLoon

[@beingwoven]

我是專門打摩斯密碼的
我打20年了
有時候會在科教館做教學
同時自己也在精進通信技術
我覺得你的影片比喻都很好
有空可以交流

[@黃奕雯-o1m]

謝謝！