Datenübertragung mit Licht - Visible Light Communication

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 durch Interferenzen gestört werden.

Pilotprojekt: Optisches WLAN im Konferenzraum

In einem Pilotprojekt stattet eine Arbeitsgruppe des Fraunhofer-Instituts für Nachrichtentechnik, Heinrich-Hertz-Institut HHI unter Projektleitung von Dr. Anagnostis Paraskevopoulos  einen Konferenzraum auf der Insel Mainau am Bodensee mit VLC-Technologie aus. Das optische Test-WLAN im Konferenzsaal dient der Erprobung und Weiterentwicklung dieser Technologie unter realen Bedingungen. Die Idee für das Projekt kam von der Initiative BodenseeMobilfunk, die sich für Strahlungsminimierung einsetzt. Das Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft Baden-Württemberg fördert das Projekt.

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.

Wie funktioniert VLC?

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.

Vorteile der VLC-Technologie

Bei der herkömmlichen Funkübertragung kann der Netzzugang überlastet sein, wenn gleichzeitig viele Personen über ein WLAN auf das Internet zugreifen und große Datenmengen herunterladen. Beim optischen WLAN bleibt die Übertragungsgeschwindigkeit stets stabil, da bei weißem Licht mehr Wellenlängen zur Verfügung stehen können. Voraussetzung, dass die Lichtsignale empfangen werden können, ist der direkte 'Sichtkontakt' zwischen der sendenden LED und dem Empfängergerät. Dieses Funktionsprinzip kann zum Schutz der Daten genutzt werden: Lichtundurchlässige Oberflächen, zum Beispiel Wände, reichen aus, um den Datenstrom von der Außenwelt abzuschirmen.

Ausblick VLC-Technologie

Die Forscher am Fraunhofer HHI entwickeln Komponenten für die optische drahtlose Datenkommunikation. Eine Herausforderung ist zum Beispiel die Weiterentwicklung der Module zum Senden und Empfangen der Lichtsignale. Diese müssen noch wesentlich kleiner werden, um die Technologie serienreif zu machen. Künftig soll ein einfacher USB-Stick am Laptop oder Smartphone reichen, um Daten von der Deckenlampe zu empfangen.

Die Visible Light Communication auf einen Blick:

  • Übertragungsgeschwindig-keiten bis zu 3 Gbit/s
  • Keine Strahlenbelastung
  • Keine Interferenzen mit Funksystemen
  • Datenübertragung mit handelsüblichen High-Power LED-Lampen
  • Kombination von Beleuchtung und Datenkommunikation
  • Kostengünstige Umrüstung möglich
  • Paralleler Betrieb mehrerer VLC-Systeme möglich
  • Einfacher Datenschutz durch lichtundurchlässige Oberflächen
  • Übertragungsstandard IEEE 802.15.7