Definition Was ist LiFi (802.11bb) / Visible Light Communication (VLC)?

LiFi ist eine Technologie zur drahtlosen Datenkommunikation mithilfe von Lichtsignalen im sichtbaren oder infraroten Spektrum. Visible Light Communication (VLC) überträgt Daten über moduliertes Licht einer LED an einen Empfänger, der die Informationen per Fotodiode wieder in elektrische Signale übersetzt. Die Bezeichnung LiFi ist an Wi-Fi angelehnt. Tatsächlich verwendet die Technik abgesehen von der physischen Übertragungsebene viele Komponenten der 802.11-Grundnorm.

LiFi ist ein von Harald Haas, einem Professor der Universität von Edinburgh, im Jahr 2011 geprägter Begriff. Es handelt sich um eine VLC-Technologie (Visible Light Communication) zur drahtlosen Datenkommunikation mithilfe von Signalen im sichtbaren oder infraroten Lichtspektrum. Der Überbegriff für diese Art der Datenübertragung lautet Optical Wireless Communication (OWC).

Die LiFi-Technik stützt sich auf die Modulation des von einer LED ausgestrahlten Lichts. Empfänger im Lichtbereich der LED übersetzen die Lichtsignale mit einer Fotodiode wieder in elektrische Signale, um sie der weiteren Verarbeitung zuzuführen. Das Kürzel LiFi ist an Wi-Fi angelehnt. Die verwendeten Frequenzen sind aber deutlich höher als im WLAN-Bereich und liegen bei Wellenlängen zwischen 800 und 400 Nanometern bei circa 375.000 bis 750.000 Gigahertz.

Theoretisch sind in diesem Frequenzbereich deutlich höhere Datenraten erzielbar als mit WLAN-Frequenzen. Unter Laborbedingungen wurden schon Datenraten im dreistelligen Gigabit-Bereich erreicht. Die tatsächlich realisierbaren Datenraten liegen aber deutlich darunter. Abgesehen von den verwendeten Frequenzen und der physikalischen Übertragungsebene ist die LiFi-Datenübertragung in vielen Punkten vergleichbar mit Wi-Fi. Sie verwendet zahlreiche Komponenten der 802.11-Grundnorm. Die Standardisierung wird von der 2018 ins Leben gerufenen IEEE-802.11bb-Arbeitsgruppe vorangetrieben.

LiFi benötigt eine Sichtverbindung zwischen Sender und Empfänger und eignet sich für zahlreiche Einsatzzwecke. Die Datenübertragung wird von elektronischen Geräten nicht gestört und ist außerhalb des Lichtbereichs abhörsicher.

Die Normierungsinitiative IEEE 802.11bb

2018 wurde eine IEEE-802.11bb-Arbeitsgruppe gegründet. Diese Light Communication Group soll einen 802.11bb-Standard für die physische Übertragungsebene von LiFi definieren und verabschieden, der sich an der 802.11 Grundnorm orientiert. Die Technik soll interoperabel mit Wi-Fi sein und sich einfach in bestehende Wi-Fi-Umgebungen integrieren lassen. Als Datenraten sollen mit LiFi mindestens 10 MBit/s bis 5 GBit/s und gegebenenfalls mehr möglich werden. Auch Mechanismen für den automatischen, nahtlosen Wechsel zwischen LiFi-, Wi-Fi- und Mobilfunkverbindungen sollen von der IEEE-Gruppe definiert werden. IEEE 802.11bb ist jedoch noch nicht fertig. Mit der Verabschiedung des Standards ist 2023 zu rechnen.

Prinzipielle Funktionsweise von Visible Light Communication (VLC)

VLC verwendet zur Datenübertragung Signale im Spektrum des sichtbaren Lichts. Das von Leuchtdioden ausgestrahlte Licht wird mit hoher Geschwindigkeit für den Menschen nicht wahrnehmbar moduliert (zum Beispiel an- und ausgeschaltet). Eine Fotodiode auf der Empfängerseite wandelt die Lichtsignale wieder in elektrische Signale und führt sie der weiteren Datenverarbeitung zu. Um bidirektional zu kommunizieren, benötigt ein Gerät sowohl eine Sende- als auch eine Empfangseinheit. Prinzipiell sind auch Wellenlängenmultiplexverfahren denkbar, bei denen die Lichtausstrahlung unterschiedlich farbiger LEDs unabhängig voneinander moduliert wird. Um die VLC-LEDs in normalen Leuchtensockeln zu verwenden, ist eine Kombination mit der Powerline-Technik möglich. Die LEDs erhalten in diesem Fall ihre per Licht zu übertragenden Datensignale über das Stromnetz.

Einsatzmöglichkeiten von LiFi

LiFi bietet viele Einsatzmöglichkeiten. Prinzipiell macht LiFi dort Sinn, wo die WLAN-Kommunikation nur eingeschränkt möglich ist oder hohe Anforderungen an die Abhörsicherheit der Kommunikationsverbindungen bestehen. Die Lichtsignale werden nicht von elektronischen Geräten gestört und sind außerhalb des Lichtbereichs nicht abhörbar. Einsatzmöglichkeiten bestehen zum Beispiel im militärischen Bereich, in der Luftfahrt, in Krankenhäusern, in Unterwasseranwendungen, für die Kommunikation zwischen Fahrzeugen über die Frontscheinwerfer und Rückleuchten, im industriellen Umfeld, in der Logistik und mehr.

Die Vor- und Nachteile von LiFi

Ein Vorteil der LiFi-Technik ist, dass aufgrund der kurzwelligen Signale des sichtbaren Lichts theoretisch hohe Datenraten erzielbar sind. Die Kommunikation ist ohne störende Kabel, mit hohen Bandbreiten und in Echtzeit möglich. Datenübertragungen werden durch Funksignale oder elektronische Geräte nicht gestört und sind außerhalb des Lichtbereichs abhörsicher, da die Lichtsignale keine Wände durchdringen. In Kombination mit Techniken wie Powerline lassen sich bestehende Leuchteninfrastrukturen durch die Ausstattung mit LiFi-LEDs für die LiFi-Datenkommunikation nutzen.

Als Nachteile lassen sich aufführen:

• benötigt eine Sichtverbindung zwischen Sender und Empfänger

• Gegenstände oder Personen in der Sichtlinie stören die Übertragung

• die Datenübertragung kann durch andere Lichtquellen gestört werden

• die Reichweite ist begrenzt

• benötigt spezielle Hardware wie LED-Lampen mit integriertem Modem und Fotodioden

• die Platzierung der LiFi-Kommunikationspartner oder LiFi-Accesspoints muss für eine optimale Ausleuchtung und Datenübertragung genau geplant werden

• derzeit noch keine massentauglichen Geräte verfügbar

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