Internet durch LED Lampen (Li-Fi): WLAN mit Lichtgeschwindigkeit

Technischer Vorsprung durch Licht: Datenübertragung durch Lichtsignale – So funktioniert das optische WLAN

Internet aus der Deckenlampe; Bildnachweis: www.hhi.fraunhofer.de

Internet aus der Deckenlampe – was sich zunächst nach Science Fiction anhört, könnte schon bald in vielen Gebäuden Realität werden. Bei dieser Technologie, die seit vielen Jahren im Fraunhofer Institut intensiv erforscht wird und etwa 2015 auf den Markt kommen könnte, werden Lichtsignale von LED-Lampen genutzt, um Daten kabellos zu übertragen. Dabei haben die Lichtimpulse eine derart hohe Frequenz, dass sie für das menschliche Auge nicht wahrnehmbar sind. Daher kann schon in wenigen Jahren eine Internetverbindung über die LED-Deckenlampe hergestellt werden, ohne dass es zu Störungen kommt.

Inhaltsverzeichnis und Informationen auf dieser Seite

1. Übertragungsgeschwindigkeiten von bis zu 800 Mbit/s
2. Funktionsweise
3. Zwischenstand der Forschungslage
4. Die wichtigsten Vorteile
5. Kennzeichen/Merkmale
6. Marktstart 2015
7. Praxistauglichkeit



Übertragungsgeschwindigkeiten von bis zu 800 Mbit/s möglich

Bis zu 800 Mbit/s können möglich sein; Bildnachweis: www.hhi.fraunhofer.de

In erster Linie werden mit optischem WLAN höhere Geschwindigkeiten möglich. So konnte das Fraunhofer Institut unter Laborbedingungen Übertragungsgeschwindigkeiten von bis zu 800 Mbit/s erzielen. Schon in naher Zukunft scheinen Geschwindigkeiten im Gigabitbereich durchaus möglich sein. Insgesamt handelt es sich um einen cleveren und kostengünstigen Ansatz, denn LED-Lampen gehört in Zeiten der Energiewende ohnehin die Zukunft und optisches WLAN könnte mit preiswerten Standardkomponenten und minimalen Umrüstungen schon jetzt vielerorts genutzt werden.

Im Gegensatz zum konventionellen WLAN via Funknetz stellt sich jedoch die Problematik der Reichweite. Die konventionelle Variante kann mehrere Wände durchdringen und überzeugt so durch eine recht hohe Reichweite, während bei optischem WLAN zwingend eine Sichtverbindung vorhanden sein muss. Hierin zeigt sich aber auch ein gravierender Sicherheitsvorteil, denn in sensiblen Rechenzentren oder Banken würden Wände das optische WLAN-Netz nach außen sicher abschirmen. Damit ein Notebook die Lichtsignale entziffern kann, muss eine Fotodiode angebracht werden. Diese übersetzt die Lichtimpulse in elektrische Signale (binäre Zahlenfolgen aus den Ziffern 0 und 1).


Funktionsweise der neuen Übertragungstechnik

Bei der Visual Light Communication verwendet das Fraunhofer Institut für die schnelle Datenübertragung im Handel erhältliche LED-Module.

Mit diesen LEDs können bald Daten übertragen werden

Hierbei handelt es sich allerdings nicht um die bekannten LED-Birnchen, da diese nicht für hohe Frequenzen und Übertragungsgeschwindigkeiten geeignet sind.
Die Datenübertragung erfolgt durch ultraschnelles Ein- und Ausschalten, was sich jedoch jenseits der menschlichen Wahrnehmungsschwelle abspielt und somit vollkommen unbemerkt bleibt. Durch die Lichtbewegungen werden die Informationen bitweise (also in Form von 0 und 1) übertragen.
Eine Fotodiode am Notebook ist in der Lage, diese Informationen in elektrische Impulse umzuwandeln, die der Computer lesen und verwerten kann. Der Sender schickt bei der Verwendung von optischem WLAN die Datenströme per Kabel an den Modulator, welcher wiederum mit dem LED-Modul verbunden ist.

Sobald diese Technik in wenigen Jahren serienreif ist, kann die energiesparende LED-Deckenbeleuchtung auch als Internetverbindung benutzt werden. Voraussetzung ist allerdings, dass die LED-Module hell genug strahlen und eine hohe Schaltfrequenz ermöglichen, sodass schnelle und stabile Übertragungsraten erreicht werden können. Es versteht sich von selbst, dass bei der Visual Light Communication (VLC) mittels LED kein Hindernis zwischen Lichtquelle und Empfängerdiode auftauchen darf, da sonst keine Signale empfangen werden können. Möglichkeiten der Lichtbündelung sowie der Reflexion stellen aber eine durchaus praktische Lösung dar, mit der selbst räumliche Probleme im wahrsten Sinne des Wortes flexibel überbrückt werden können.

Der Physiker Harald Haas erforscht an der schottischen Universität in Edingburg die Technik der drahtlosen Datenübertragung. Bei TEDGlobal zeigte er das erste Mal, wie das Ganze funktioniert.


Aktueller Zwischenstand der Forschungslage – Leuchten können Daten senden

Surfen nur mit einer Lichtquelle

Das Fraunhofer Institut erforscht seit Jahren intensiv diese so genannte „Visual Light Communication (VLC)„. Mehr dazu finden Sie beim Heinrich-Hertz-Institut (HHI). Der Physiker Harald Haas leitet das Forschungsprojekt über Visible Light Communications (VLC) an der Universität in Edinburgh. Das Video, in der er die Technik vorstellt, kann hier angesehen werden.
Dabei lässt sich als Status quo festhalten, dass optisches WLAN jetzt schon einwandfrei unter Laborbedingungen funktioniert, was eindrucksvolle Übertragungsgeschwindigkeiten bis zu 800 Mbit pro Sekunde unter Beweis stellen. Ein Problemfeld ist derzeit allerdings noch der empfangende Modulator, der noch die Größe eines DIN A4 Blattes aufweist und somit in der Praxis etwas unhandlich wäre.


Die wichtigsten Vorteile dieser Technologie kompakt zusammengefasst

Einer der größten Vorteile des optischen WLANs ist, dass durch die Lichtimpulse keine Störsignale verursacht werden, die andere sensible Systeme beeinflussen könnten. Die Lichtsignale, die für das menschliche Auge nicht störend sind, können nur von speziellen Fotodioden gelesen werden. Zudem ist auch ein paralleler Betrieb mehrerer Visual Light Communication Systeme denkbar. Dazu ist lediglich eine optische Abgrenzung von Nöten.
Obwohl die Lichtsignale Wände nicht überbrücken können, sind Übertragungsweiten von bis zu 5 Metern machbar, was eine gewisse Flexibilität ermöglicht. Mittels Lichtbündelung können sogar größere Distanzen zuverlässig überbrückt werden. Durch Reflexion des Lichtstrahls können sogar Ecken überwunden werden, allerdings sinkt in diesem Falle die Übertragungsgeschwindigkeit. Ein großer Vorteil ist auch der preisliche Aspekt, zumal für diese innovative Technik kaum Umrüstungsarbeiten nötig sind und die Fotodioden zum Empfang der Lichtsignale sind preislich durchaus erschwinglich.
Des Weiteren stehen bei optischen WLAN mehr Wellenlängen zur Verfügung als bei der bisherigen Übertragung durch Funk. D.h., ist es heute noch üblich, dass die Übertragungsgeschwindigkeit sinkt, je mehr Personen gleichzeitig auf das Internet zugreifen, wird es bei der neuen Technologie zu keinen Geschwindigkeitseinbußen kommen.


Kennzeichen/Merkmale im Überblick

  • Diese Übertragungstechnik verursacht keine Störsignale
  • Lichtimpulse nicht störend für das Auge
  • Paralleler Betrieb mehrerer Visual Light Communication Systeme
  • Übertragungsgeschwindigkeiten bis zu 800 Mbit pro Sekunde
  • Übertragungsweiten bis zu 5 Metern
  • Kostengünstig
  • Keine Umbaumaßnahmen erforderlich
  • Mehr Wellenlängen
  • Nachteil: Reichweite, da Sichtkontakt bestehen muss


Ausblick: Marktstart ab 2015 möglich

Der Marktstart scheint schon im Jahr 2015 möglich zu sein, denn im Jahre 2012 gingen die Forscher noch von einer Entwicklungszeit von 3 bis 5 Jahren bis zur Marktreife aus. Ist die Marktreife erreicht, so soll ein spezieller USB-Stick ausreichen, um die Lichtimpulse zuverlässig empfangen zu können. Für Smartphones befindet sich dementsprechend ein spezieller Chip in der Entwicklungsphase. Experten in diesem Forschungsbereich betonen ihre positive Grundeinschätzung, dass optisches WLAN schon in ca. 5 Jahren zum technischen Mainstream gehören könnte.


Praxistauglichkeit: Überall dort, wo Funknetz nicht erwünscht ist

Lichtsignale sind nicht schädlich für das Auge; Bildnachweis: www.hhi.fraunhofer.de

Optisches WLAN bzw. Visual Light Communication (VLC) kann überall dort Verwendung finden, wo ein Funknetz wie bei konventionellem WLAN nicht erwünscht ist. Dies scheint vor allem dort der Fall zu sein, wo Funknetze sensible Steuerungssysteme stören könnten. In diesem Sinne bieten sich Flugzeuge als Einsatzort an, aber auch in Krankenhäusern oder anderen störungssensiblen Räumen und Einrichtungen mit elektromagnetischen Strahlen könnte diese neue Technik für mehr Sicherheit und Stabilität sorgen.
Denkbar ist auch die Einbindung dieser VLC Technik, um Funklöcher zu überbrücken. Auch erscheint es möglich, Hotspots einzurichten, um Menschen gesundheitlich zu entlasten, die auf Funknetze besonders sensibel reagieren. In Zukunft könnte optisches WLAN auch im Straßenverkehr für mehr Sicherheit sorgen, indem Brems- und Vorderlichter von PKW miteinander kommunizieren und ggf. eine automatische Notbremsung über den Bordcomputer eingeleitet wird.