Heinrich-Hertz-Institut, IPMS und Universität von Edinburgh forschen
Über eine neue Art kabelloser Datenkommunikation auf Basis von Solarenergie für die „Light-Fidelity“ (Li-Fi) Technologie berichtet Harald Haas von der Universität von Edinburgh. Bereits vor vier Jahren veröffentlichte das Heinrich-Hertz-Institut (Fraunhofer) über LEDs als MIttel zum optischen WLAN durch Visible Light Communication, kurz VLC. Ende September zeigte das Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme IPMS Li-Fi-Kommunikationsmodule, die Daten mit bis zu 12,5 Gigabit pro Sekunde auf kurzen Distanzen übertragen können.
Die Arbeit von Haas könnte „erhebliche wirtschaftliche und soziale Vorteile für Millionen Menschen auf der ganzen Welt bringen und werde insbesondere Bewohnern ländlicher Gemeinden und von Schwellen- und Entwicklungsländern nutzen, die noch keine Infrastruktur für Strom, Internet und Wi-Fi haben“, so der SolarServer.
Visible Light Communication – High Speed Internet aus der Deckenlampe (2011)
Mit Licht kann man künftig auch im Internet surfen – kostengünstig, schnell und ganz ohne Funkverbindung. Möglich wird das durch eine Technologie, an der Fraunhofer-Wissenschaftler seit Jahren forschen: die Visible Light Communication (VLC). Als Alternative zum herkömmlichen drahtlosen Netzzugang können handelsübliche LEDs eingesetzt werden, wenn Funkverbindungen nicht gewünscht sind oder wenn es darum geht, Menschen von elektromagnetischen Strahlen und Elektrosmog zu entlasten.
Mögliche Einsatzbereiche für die VLC-Technologie
Die Visible Light Communication ist für Bereiche geeignet, in denen die Funkübertragung vorhandene Steuerungssysteme stören könnten, wie zum Beispiel in Flugzeugen oder Krankenhäusern. Viele weitere Anwendungsszenarien sind denkbar: In Museen oder auf Messen wäre es möglich, die Informationen zu Ausstellungsstücken aus der Deckenlampe zu übertragen, während sich die Besucher im Lichtkegel frei bewegen können. Vor allem in Bereichen mit ständiger Beleuchtung, zum Beispiel in Großraumbüros oder in Produktionshallen, könnte die VLC eine Alternative zu WLAN und Bluetooth sein.
[note Das Übertragungsprinzip der Visible Light Communication ist einfach: Mit Hilfe eines Modulators wird eine Hochleistungs-LED sehr schnell ein- und ausgeschaltet. Diese Lichtimpulse werden von einer Photodiode im Empfängergerät (Laptop, Tablet oder Smartphone) aufgefangen und als Nullen und Einsen in elektrische Impulse umgewandelt. Das ganze passiert so schnell, dass das menschliche Auge kein Flackern des Lichts wahrnimmt. Eine bidirektionale Übertragung ist auch möglich. Der Upstream der Daten erfolgt zum Beispiel über einen Infrarot-Rückkanal. Mit der VLC-Technologie können Datenraten bis 1,25 Gigabit pro Sekunde erreicht werden. Da weiße LEDs teilweise drei Lichtfarben bzw. Lichtfrequenzen aufweisen, können Hochgeschwindigkeits-Datenverbindungen bis 3 Gigabit pro Sekunde erreicht werden. Das reicht aus, gleichzeitig mehrere Videostreams in HD-Auflösung laufen zu lassen.]
Li-Fi Interconnect statt Kabel und Stecker
Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Photonische Mikrosysteme IPMS in Dresden wollen zukünftig verschleißanfällige drahtgebundenen Feldbussysteme oder Hochfrequenzsteckverbindungen durch Li-Fi-Kommunikationsmodule ersetzen. Die optische Technologie macht es möglich, Daten im Halb- und Vollduplex-Betrieb mit einer Geschwindigkeit von bis zu 12,5 Gigabit pro Sekunde auf kurzen Distanzen zu übertragen. Der Transceiver steht Kabel- oder Steckverbindungen in nichts nach und ist auch gegenüber verfügbaren Funklösungen bis zu zehnmal schneller. Weitere Vorteile sind die vernachlässigbaren Bitfehlerraten (<10-11) sowie der niedrige Energiebedarf. Geeignet ist der neuartige Transceiver vor allem für Industrieanwendungen, bei denen große Datenmengen sehr schnell übertragen werden müssen und die Steckverbindungen den mechanischen Anforderungen oder der Zuverlässigkeit nicht mehr genügen.
„Mit unserem Know-how im Bereich Optikdesign, Hochfrequenz-Elektronikdesign, Aufbau- und Verbindungstechnik, Hochfrequenz-Messtechnik und optischer Messtechnik sind wir in der Lage, flexibel auf die Anforderungen unserer Kunden zu reagieren“, betont Projektleiter Frank Deicke. „So können wir beispielsweise die Größe der vorhandenen Prototypen optimieren oder Reichweite und Alignement anwendungsspezifisch anpassen“. Die Technologie des Fraunhofer IPMS kann bereits erprobt werden. Für Datenraten von 1, 5 und 10 Gbps bietet das Institut Testsysteme an.
PV-Modul liefert Solarstrom für Li-Fi-Technologie und dient als Breitband-Empfänger
Ein Forscherteam um Professor Harald Haas entwickelte die Technologie weiter: Das Prinzip ist nach wie vor das gleiche – Licht wird genutzt, um Daten zu übermitteln, während nun ein Solarmodul Daten in Hochgeschwindigkeit empfängt. Damit liefert das Modul gleichzeitig die Energie für die Li-Fi-Technologie und dient als Breitband-Empfänger für Li-Fi, erklären die Forscher.
Im Rahmen der Veranstaltung TED Global 2015 in London zeigte der Wissenschaftler, wie Li-Fi zusammen mit Solarzellen genutzt werden kann, um Daten zu empfangen. Auf diese Weise könntenetwa smarte Uhren mit dem Internet verbunden oder per Laser Signale an ein abseits gelegenes Haus gesendet werden. Der Prototyp wurde in einer Kooperation mit einer Ausgründung der Uni von Edinburgh hergestellt. Die Forscher gelten als Pioniere bei der Nutzung des sichtbaren Lichtspektrums anstelle von Radiowellen für die drahtlose Datenkommunikation.
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