Light Fidelity: Daten-Kommunikation in "Lichtgeschwindigkeit" per LED

LiFi macht LEDs zu Datenüberträgern – und die Stanford-Uni macht wiederum LEDs zu Winzlingen.

Leben wir nicht in äußerst faszinierenden Zeiten? Vielleicht kommt auch bei euch das Internet ebenso wie die telefonische Festnetzverbindung aus der TV-Buchse, oder es „fliegen“ Filme unsichtbar über die Luft zum Laptop? Für unsere Kids ist das alles ganz normal, während wir Erwachsenen schon manchmal staunen, wie schnell sich all diese Dinge verändert haben.

Nicht dass wir damals auch nur ansatzweise verstanden hätten, wie ein Faxgerät funktioniert… aber man muss ja schließlich auch nicht alles verstehen. Hauptsache man kann all diese Technologien bequem und unaufwändig nutzen. Und das werden wir auch bei dieser neuen Technologie, die auf den ersten Blick auch ein wenig wie Hokuspokus wirkt, ganz bestimmt: Datenübertragung über das sichtbare Licht, auch mit der Bezeichnung optisches WLAN umschrieben, daran wird zur Zeit an mehreren Stellen gearbeitet.

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Foto: Jan Petykiewicz, Stanford School of Engineering

Denn wenn man wirklich schnelle Datenübertragung bewerkstelligen will, dann sind Kabel nun mal nicht die beste Lösung. Am Heinrich Hertz Institut (Fraunhofer Gesellschaft) in Berlin oder auch an der Universität Edinburgh, wo Professor Harald Haas an der Anwendbarkeit der sogenannten VLC-Technologie arbeitet, wird fleißig geforscht.

VLC steht in diesem Fall für Visual Light Communication (und nicht für den populären Digital-Mediaplayer, der mit jedem Format zurechtkommt). Aber eigentlich kann man sich gleich an die Bezeichnung gewöhnen, die vermutlich die massenkompatibelste, weil einleuchtendste und damit die durchsetzungsfreudigste sein dürfte: LiFi!

Diese Light Fidelity (wörtlich übersetzt: Licht-Naturtreue) funktioniert natürlich nicht mit der guten alten Glühbirne, der wir gerade schrittweise den kommerziellen Garaus machen, sondern mit der modernsten Generation von LED-Leuchtmitteln.

Damit man die Datentransferkapazitäten einer solchen LED nutzen kann, sind allerdings ein paar wenige Zusatzbauteile notwendig. Diese Zusatzteile verwandeln die LED von einer reinen Lichtquelle in ein Datentransfer-Gerät, eine Art Licht-Morseschreiber.

Das Spezialbauteil mit dem Namen Modulator schaltet die LED ganz schnell ein und aus und übernimmt so die binäre Sprache (Licht an / Licht aus) des LiFis. Wir dürfen wieder einmal unseren jämmerlichen menschlichen Reflexen beziehungsweise der Trägheit des menschlichen Auges danken, denn ein für uns sichtbares, ständiges Geflacker würde sich niemals durchsetzen – beziehungsweise ganz schnell auf dem Müllberg der Technikgeschichte landen. Da das Auge diese schnellen Lichtmodulationen aber nicht wahrnimmt, liegt Experten zufolge im LiFi die Zukunft für schnellen und verlustfreien Datenverkehr.

Als Empfänger dient eine einfache Photodiode, die das Licht auffängt. Entsprechende Elektronik dekodiert diese Information und wandelt sie in elektrische Impulse um. Allerdings gibt es einen Schwachpunkt auf dem Übertragungsweg von LED zu Photodiode: Gerät etwas in den Lichtweg zwischen Lampe und Photodiode, beeinträchtigt das die Übertragung selbstverständlich.

Bei unblockiertem Transferweg sind die Übertragungsraten dagegen geradezu berauschend: Harald Haas hat bereits bewiesen, dass Transferraten von 10MBit/Sek schon heute kein Problem darstellen. Er geht aber davon aus, dass in Zukunft Geschwindigkeiten von bis zu 1GBit/Sek der Normalfall sein werden.

Ganz erreicht haben die Forscher dieses Ziel bislang nicht, aber mehrere Forschungsgruppen sind auf dem besten Weg dahin. Haas selbst plant die Vermarktung eines LiFi Systems (VLC D-Light), das im kommenden Jahr in den Handel kommen soll, das garantierte Transferraten von 100MBit/Sek hat. Das ist bereits heute schon deutlich schneller, als die meisten Breitband-Verbindungen bewerkstelligen können.

Am Berliner Heinrich Hertz Institut hat man bereits jetzt schon Übertragungsraten von 500MBit/Sek erreicht – mit ganz normalen (aber natürlich mit Zusatzmodulen ausgestatteten) Weißlicht-LEDs. Andere Forschungsteams, beispielsweise von der Universität Oxford, arbeiten mit parallelen Datentransfers über LED-Anordnungen in verschiedenfarbigem Licht, wobei die einzelnen Frequenzbereiche des Lichts quasi verschiedene Datenkanäle beschreiben.

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Foto: Jan Petykiewicz, Stanford School of Engineering

Noch einen Schritt weiter sind nun die Leute von der Stanford School of Engineering gegangen, die es sich zur Aufgabe gemacht haben, die bisher schnellsten Lichtübertragungen (via Laser) in Supercomputern zu ersetzen. Auch durch LEDs – allerdings sind die Stanford-LEDs von der Größe her im Nanobereich angesiedelt, da sie ja schließlich on-chip eingesetzt werden und so eine neue Generation von Motherboards begründen sollen.

Sie leisten mindestens gleich schnelle Übertragungsraten wie Laser – allerdings mit einem Bruchteil des Energieaufwands (und damit auch lediglich einem kleinen Teil der Kosten). Bis zu zehn Milliarden Bits pro Sekunde werden mit diesen nanoskaligen LEDs übertragen, der Trick dabei ist die besondere Art der LED-Winzlinge: Im Gegensatz zu anderen LEDs (wie oben beschrieben) sind sie monomodig, das heißt, sie senden Licht in nur einem Frequenzbereich aus. Ähnlich wie Laser. Sie bestehen aus winzigsten Pünktchen aus Indiumarsenid, die unter Strom gesetzt werden und deren Lichtoutput gebündelt werden kann.

Hört sich an wie ein verrückter Ingenieur-Traum, ist aber gerade dabei knallharte Realität zu werden.

Links zum Thema:

Light Fidelity: Daten-Kommunikation in „Lichtgeschwindigkeit“ per LED

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