LiFi: Schnelle Datenverbindungen mit Licht

Frequenzen zur Datenübertragung sind ein knappes Gut. Und doch wachsen die übertragenen Datenvolumina unaufhörlich. 1,4 Millionen Funktürme und 8 Milliarden Handys übertragen monatlich 600 Terabyte an Daten. Bis 2020 gehen mit dem Internet der Dinge (IoT) weitere 50 Milliarden Geräte online. Die Folge: Die Netze sind übervoll, auch die WLAN-Netze. Schon heute sind in deutschen Großstädten kaum noch freie Frequenzen für den Router zu finden.

Licht statt Funkwellen

Datenübertragung durch Licht: IoT könnte der Technik zum Durchbruch verhelfen.
Logo; Wikimedia commons Abhilfe soll eine Technologie schaffen, deren Wurzeln bis in das Jahr das 1997 zurückreichen. Der Deutsche Harald Haas hatte damals die Idee, Daten statt über Funk über Lichtwellen zu übertragen. Dabei funktioniert diese Übertragungstechnik, die Haas LightFidelity oder kurz LiFi taufte, ähnlich wie Morsezeichen, nur viel schneller. LED-Lampen senden dazu ihre modulierten Signale an spezielle Detektoren. Mit für das menschliche Auge unsichtbar hohen Blinkfrequenzen sind extrem hohe Übertragungsgeschwindigkeiten zu realisieren. Im Labor wurden bereits mehr als 224 GBit/s erreicht, in der Praxis sind momentan bis zu 12,5 GBit/s bei kurzen Distanzen und bis zu 1 GBit/s bei Distanzen von bis zu 30 Metern üblich. Zum Vergleich: Gängige WLAN-Router schaffen eine Nettoübertragungsrate von etwa 660 MBit/s. Dabei gibt es bei LiFi aber keine Störungen durch elektromagnetische Interferenzen und weil die Lichtstrahlen nicht durch Wände gehen, ist die Technik zudem sehr sicher.

Doch LiFi hat natürlich auch Nachteile. Weil als Transmitter LED genutzt werden, müssen diese immer eingeschaltet bleiben, was Strom kostet. Für eine effektive Verbindung muss zudem direkter Sichtkontakt bestehen. Streulicht überträgt zwar auch Daten, lässt die Geschwindigkeit aber dramatisch einbrechen.

Ein anderes Problem scheint mittlerweile gelöst: Die aktuelle Technik lässt sich auch im Freien einsetzen, sogar bei hellem Sonnenlicht. Selbst unter schlechten Wetterbedingungen sind Reichweiten von bis zu 50 Meter möglich.

Durchbruch fehlt

Obwohl an der Technologie bereits so lange geforscht wird, fehlt immer noch der große Durchbruch. Zwar ist die Idee schon in die Datenschnittstelle IrDA eingeflossen, mit der Anfang der 2000er viele Handys und mobile Geräte ausgerüstet waren, aber spätestens seit Bluetooth war der Boom vorbei.

Nun gibt es neue Ansätze, die Technik massentauglich zu machen. Auf der CES 2018 wurde mit MyLiFi von Oledcomm erstmals ein LiFi-Produkt gezeigt, das WLAN Konkurrenz machen soll. Es handelt sich dabei um eine Schreibtischlampe, die eine Netzwerkverbindung über Infrarot zur Verfügung stellt. Damit Endgeräte wie Notebooks oder Desktop-Computer mit der unkonventionellen Methode umgehen können, wird ein entsprechender USB-Dongle mitgeliefert.

Die Kritik an dem Produkt war aber groß. Es galt und gilt als wenig durchdacht und mit rund 800 Dollar auch viel zu teuer. Auf der diesjährigen CES legte das Start-up aus Frankreich nach und zeigte eine Deckenlampe für LiFi, die LiFi max [Link entfernt] . Diese hat den Vorteil, dass sie immerhin etwa 8,5 Quadratmeter Fläche mit dem Internet-Signal ausleuchten und 16 Geräte, ausgerüstet mit einem Dongle, versorgen kann. Die Lampe schafft dabei 100 MBit/s im Down-Link, die Stromversorgung übernimmt das Ethernet-Kabel (PoE). Der Preis ist noch nicht fixiert, er soll laut Oledcomm unter 1000 Dollar liegen. Auch nicht gerade ein Schnäppchen-Preis.

LiFi neu denken

Möglicherweise sind Internet-Lampen aber der falsche Weg, um LiFi den Weg zu bereiten. Der Nutzen könnte nämlich ganz woanders liegen, zum Beispiel in der Industrie. Diese kann nämlich besonders vom hohen Sicherheitsstandard profitieren. Die Fabrikhallen bilden eine natürliche Grenze für die Lichtdaten. Darüber hinaus haben Produktionsroboter und Fertigungsmaschinen meist einen festen Platz in der Produktionslandschaft oder bewegen sich nur in fix vorgegebenen Arealen. Das macht es einfach, eine Sichtverbindung aufrecht zu halten. Hinzukommen extrem kurze Latenzzeiten. Die Anlage lässt sich so praktisch in Echtzeit steuern.

Das Fraunhofer IPMS hat auch schon das passende Produkt dazu. Es heißt LiFi HotSpot und ist für den Ersatz von WLAN-Netzwerken und Kabelverbindungen mit einer Datenübertragungsrate von maximal 1 GBit/s gedacht. Es überbrückt dabei bis zu 30 Meter. Vergleichbar mit einem WLAN-Hotspot können sich auch mehrere User gleichzeitig in das Netzwerk einwählen.

Ein weiteres Anwendungsfeld in der Industrie sind kurze Verbindungen zwischen Leiterplatten. Diese werden derzeit mit Hochfrequenz-Kabeln und mit zu Wackelkontakten neigenden, mechanischen Steckern realisiert. Ein Fakt, der die Lebensdauer der Module begrenzt, wenn sie ausgewechselt und neu verbunden werden sollen. Das Fraunhofer IPMS hat auch hierfür ein LiFi-Produkt entwickelt. Es heißt LiFi GigaDock und kann Steckverbinder, Kabel und Schleifkontakte ersetzen. Das Produkt ist einfach in bestehende Infrastrukturen integrierbar.

Autos profitieren stark

Eine ziemlich naheliegendes Anwendungsgebiet sind Autos. Ein Bordnetz ist heute obligatorisch und mit seinen Kabeln und Komponenten trägt es nicht unerheblich zum Fahrzeuggewicht bei. Zudem nimmt es Platz weg und ist empfindlich gegen elektromagnetische Störungen. Dadurch gibt es auch Bandbreitenbegrenzungen. LiFi-Systeme können helfen, alle diese Probleme zu lösen.

Die Übertragung von Daten per Licht ist überall dort vorteilhaft, wo es elektromagnetische Unverträglichkeiten oder gar Explosionsgefahren gibt, etwa in petrochemischen Anlagen, Krankenhäusern oder Flugzeugen.

In Flugzeugen spielt neben den Vorteilen, die die Technik im Auto bringt, auch die Sicherheit eine große Rolle. Mit moduliertem Licht lassen sich für Piloten, Kabinenbesatzung und Passagiere getrennte Datennetze aufbauen, die völlig unabhängig voneinander funktionieren und zudem die Bordsysteme nicht stören.

Indoor-Navigation mit Licht

Ein weiteres vielversprechendes Anwendungsgebiet ist die Kommunikation und Positionsbestimmung innerhalb von Räumen. In Museen etwa können so dem Besucher die Informationen passend zum jeweiligen Ausstellungsstück übertragen werden, in Supermärkten und Shopping-Malls können Kunden abhängig vom Aufenthaltsort Produktinformationen oder Angebote bekommen.

Auch in der Pariser Metro setzt man auf die Lichttechnik. Dort wird sie dazu benutzt, um sehbehinderten Menschen zu helfen, sich zurecht zu finden. Als erste wurde die Station „La Defense“ mit LiFi-Komponenten ausgestattet. Insgesamt sollen in 66 U-Bahn-Stationen über 250 000 LEDs zur LiFi-Kommunikation installiert werden. Federführend ist hier übrigens Oledcomm.

Smart Citys brauchen LiFi

In Zukunft sollen die LEDs auch helfen, das Internet der Dinge fester zu knüpfen. Dazu sollen entsprechende Modems auch auf Straßenlaternen installiert werden, die dann als Knotenpunkte für das Internet dienen sollen. In einem Feldversuch wurden im Süden von Paris bereits 77 Straßenlaternen mit solchen Lichtsendern ausgerüstet. Sie funktionieren aber nur in eine Richtung, ihre Aufgabe ist es, Passanten Informationen über ihren Standort zu geben.

Es wird noch dauern, bis sich die Technik durchsetzt, aber trotzdem sollten sich Städte schon heute darüber Gedanken machen, wie sie LiFi einsetzen können, um einen Schritt in Richtung Smart City zu machen. Viele Städte rüsten gerade auf die energiesparenden LEDs um, ein unidirektionales LiFi-Modem kostet rund 30 Euro zusätzlich. Eine Investition, die sich schnell bezahlt machen könnte.

Denn auch die Gegenstellen gibt es schon. Geräte wie das iPhone 10 haben durch ihre Gesichtserkennung per Frontkamera schon heute theoretisch die Möglichkeit sich in ein LiFi-Netzwerk einzuklinken und zu kommunizieren. Die Technik muss natürlich verfeinert, angepasst und in einen entsprechenden Chip gegossen werden. Aber das sollte ziemlich fix gehen. Experten rechnen mit drei Jahren, höchstens.

Sie interessieren sich für Smart Cities? In einem weiteren Bericht können Sie lesen, wer weltweit die Nase vorne hat.