Wie funktioniert LiFi genau?

Das Internet in seiner heutigen Form ist so allgegenwärtig wie Sanitäranlagen. Es ist so allgegenwärtig geworden, dass wir von Orten ohne Internetanschluss oder sogar ohne WiFi-Signal fasziniert sind. Darüber hinaus ist das, was früher als eine Art Luxus galt, heute zu einer Notwendigkeit geworden, um in der modernen Welt normal leben zu können.

Das Internet ist so tief in die moderne Gesellschaft eingewurzelt, dass ein Ausfall des gesamten Internets katastrophale Folgen haben könnte, da ein Großteil der Regierungen der Welt vom Internet abhängig ist, um grundlegende Funktionen bereitzustellen. Dabei wird auch die Tatsache außer Acht gelassen, dass moderne Unternehmen in hohem Maße auf das Internet angewiesen sind, und zwar nicht nur als Mittel zum Erwerb und zur Abwicklung von Geschäften, sondern auch zur Durchführung vieler verschiedener alltäglicher Aufgaben, die für das Unternehmen von entscheidender Bedeutung sind.

Angesichts der Schwere und der schieren Bedeutung des Internets nimmt die Nachfrage nach seiner Nutzung weiter zu, was in hohem Maße zu Netzüberlastungen beiträgt. Dies macht neuere Technologien erforderlich, um dieser wachsenden Nachfrage gerecht zu werden und bessere Ergebnisse zu erzielen. Eine dieser Alternativen, die die vorherrschende WiFi-Technologie ersetzen soll, ist LiFi.

Definition von LiFi

Der Begriff LiFi, eine Abkürzung für Light Fidelity, wurde von einem der Pioniere dieser Technologie, Professor Harald Haas, während eines TEDx-TALK im Jahr 2011 geprägt. Sie wurde nach ihrem Vorgänger und der derzeit vorherrschenden Technologie WiFi benannt, die für Wireless Fidelity steht.

LiFi ist eine der neuesten Kommunikationstechnologien, die darauf abzielt, die derzeitige Technologie zu verbessern, indem sie die Kommunikation über sichtbares Licht im Gegensatz zu den von WiFi verwendeten Funkwellen nutzt. Die Einführung von LiFi dient einem doppelten Zweck, da sie sowohl die Beleuchtung von Haushalten als auch die Datenübertragung erleichtern soll.

Die Einführung von LiFi stellt ein neues Paradigma für die optische drahtlose Technologie dar, da sie darauf abzielt, Konnektivität in einer lokal begrenzten Umgebung bereitzustellen und dabei auf die Verwendung von Glasfaserkabeln als Übertragungsmedium für Licht zu verzichten. Stattdessen wird die haushaltsübliche LED-Beleuchtung als Transportmedium genutzt. Derzeit kann die Technologie eine maximale Datenübertragungsrate von 224 Gigabit pro Sekunde erreichen – das entspricht dem Herunterladen von 18 HD-Filmen pro Sekunde.

Wie funktioniert LiFi?

LiFi nutzt sichtbares Licht durch Deckenbeleuchtung für die Datenübertragung. Möglich wird dies durch den Einsatz eines Visible Light Communications (VLC)-Systems zur Datenübertragung. Ein VLC-System hat zwei qualifizierende Komponenten:

1. mindestens ein Gerät, das eine Fotodiode enthält, um Lichtsignale zu empfangen; und
2. eine Lichtquelle, die mit einer Signalverarbeitungseinheit für die Übertragung von Signalen ausgestattet ist.

Die VLC-Lichtquelle kann in Form einer Leuchtstoffröhre oder einer Leuchtdiode (LED) sein. LED-Glühbirnen sind jedoch die optimalste VLC-Lichtquelle, da ein robustes LiFi-System eine extrem hohe Lichtausbeute erfordert. Leuchtstoffröhren emittieren Licht in einem viel breiteren Wellenlängenbereich, was sie zu einer relativ weniger effizienten Lichtquelle als LED macht. Die LED hingegen ist eine Lichtquelle, die Licht in einem sehr schmalen Wellenlängenbereich aussendet, was sie zu einer effizienteren Lichtquelle macht.

Die LED ist außerdem ein Halbleiter, was bedeutet, dass sie die Lichtintensität verstärken und schnell schalten kann. Dies ist eine wichtige Eigenschaft, auf die man bei einer VLC-Lichtquelle achten sollte, da LiFi für die Datenübertragung auf einen konstanten Strom von Photonen angewiesen ist, die als sichtbares Licht ausgesendet werden. Wenn der an die Lichtquelle angelegte Strom langsam variiert wird, dimmt die Lichtquelle auf und ab, was sie als Lichtquelle ungeeignet macht, nicht für das LiFi-System, sondern als Gerät für die Haushaltsbeleuchtung. Um ein Gleichgewicht zwischen der VLC-Lichtquelle und der Haushaltsbeleuchtung herzustellen, wird dieser Strom sowie der optische Ausgang mit extrem hoher Geschwindigkeit moduliert, so dass er von der Fotodiode erfasst und in elektrischen Strom zurückverwandelt werden kann, aber für das menschliche Auge nicht wahrnehmbar ist. Sobald diese Signale empfangen und demoduliert sind, können sie in einen kontinuierlichen Strom von Binärdaten umgewandelt werden, die Videos, Bilder, Audio, Text oder Anwendungen enthalten, die auf jedem internetfähigen Gerät konsumiert werden können.

Da die LiFi-Technologie noch in den Kinderschuhen steckt, gibt es noch viel Raum für wachsende Innovationen. Eine vorgeschlagene Innovation zur bestehenden Technologie beinhaltet die Schaffung eines bidirektionalen Kommunikationssystems, ähnlich wie bei herkömmlichem Breitband und WiFi. Dies kann durch den Austausch von sichtbarem Licht und infrarotem Licht von einem Fotodetektor erfolgen, so dass angeschlossene Mobilgeräte Daten für einen Uplink an die Lichtquelle zurücksenden können. Eine weitere vorgeschlagene Innovation ist die Überarbeitung der mehrfarbigen RGB-LEDs, um Daten in einem breiteren Signalbereich zu senden und zu empfangen als die einfarbigen phosphorbeschichteten weißen LEDs.

Ist es wirklich notwendig, WiFi zu ersetzen?

In Anbetracht der enormen Anwendungen des Internets in der modernen Technologie (und fast alle grundlegenden Regierungs- und Alltagsfunktionen sind ohne es nicht mehr möglich), besteht vielleicht wirklich die Notwendigkeit, Verbesserungen an der bestehenden WiFi-Technologie vorzunehmen. Dies ist auf die verschiedenen Einschränkungen bei der Nutzung von Funkfrequenzen als Datenübertragungsmedium zurückzuführen. Zu diesen Einschränkungen gehören die begrenzte Reichweite, Sicherheitsbedenken hinsichtlich der Konnektivität, Nutzungseinschränkungen aufgrund von Frequenzstörungen und die Überlastung der Netze.

Steht LiFi vor der Abschaffung von WiFi?

LiFi wird als geeignete Alternative angesehen, um alle Einschränkungen von WiFi für Datennetze zu mildern oder sogar zu beseitigen. Viele sind sogar so weit gegangen, LiFi als die Zukunft der Internetkonnektivität zu bezeichnen. Aber ist sie das wirklich? Ist es ein Argument dafür, WiFi ganz abzuschaffen?

Um die Vorzüge von LiFi zu erkennen und die Frage zu beantworten, ob es WiFi ersetzen sollte, ist es unerlässlich, einige Aspekte dieser beiden Technologien miteinander zu vergleichen, um zu sehen, wie sie im Vergleich zueinander abschneiden.

Datenübertragungsgeschwindigkeiten

Tests, die von pureLiFi, einem Unternehmen, das von LiFi-Pionier Prof. Roland Haas gegründet wurde, in einer kontrollierten Umgebung durchgeführt wurden, ergaben, dass LiFi Geschwindigkeiten von über 100 Gbps erreicht. Einige Tests ergaben sogar, dass es Daten mit bis zu 224 Gbit/s liefern kann. Diese Geschwindigkeiten liegen deutlich über denen von WiFi, das derzeit bei maximal 100 Mbps liegt. Das liegt daran, dass das Spektrum des sichtbaren Lichts 1.000 Mal größer ist als das HF-Spektrum, das nur etwa 300 GHz beträgt.

Energieeffizienz

Bei WiFi erfordert die Übertragung von Daten zwei Funkgeräte für die Übertragung von Funkwellen. Diese Funkgeräte kommunizieren ständig miteinander über HF-Sender, die im Funkgerät installiert sind, und einen Basisband-Chip, der viel Energie verbraucht, nur um die Datensignale vom Rauschen mehrerer anderer Geräte zu unterscheiden, die dieselbe Funkfrequenz verwenden. Im Gegensatz dazu nutzt LiFi die LED-Leuchten in der Decke als Medium für die Datenübertragung. Da nur eine Lichtquelle und eine Fotodiode zur Dekodierung der Lichtsignale erforderlich sind, benötigt der gesamte Prozess der Datenübertragung und Kommunikation weniger Energie. Außerdem werden LED-Leuchten im Gegensatz zu anderen Glühbirnen verwendet, was sie zu einer effizienteren Lichtquelle macht.

Abdeckung

Da WiFi Funkwellen als Medium für die Datenübertragung nutzt, hat es eine größere Reichweite, da WiFi-Signale Entfernungen von bis zu 32 Metern erreichen können (obwohl die Verbindungen bei diesen Entfernungen oft langsam sind). Der Grund dafür ist, dass Funkwellen Wände durchdringen können. Dies ist vielleicht die größte Einschränkung für LiFi, da sichtbares Licht keine Wände durchdringen kann, was den Abdeckungsbereich auf Räume beschränkt, in denen der LED-Sender installiert ist.

Sicherheit

Die begrenzte Abdeckung von LiFi kann auch als eine gute Sache angesehen werden, da sie die Netzwerksicherheit erhöht. Auch hier gilt: Da LiFi-Signale keine Wände durchdringen können, sind Störungen von außen begrenzt. Dies macht es auch ideal für den Einsatz in sensiblen Bereichen, in denen Fernpiraterie und Hackerangriffe weit verbreitet sind. Daher eignet es sich für Bereiche wie Forschung und Entwicklung, Finanzen, Verteidigung und sogar für den Massentransport.

Datendichte

Eine der größten Einschränkungen von WiFi ist seine Anfälligkeit in Gebieten mit hoher Verkehrsdichte. Die Übertragung von Daten in Gebieten mit hohem Nutzeraufkommen ist tendenziell langsamer als in Gebieten mit geringerem Nutzeraufkommen. LiFi hingegen unterliegt nicht denselben Beschränkungen und funktioniert sogar in sehr dichten Umgebungen gut. Vor allem in Gebieten, in denen viele Glühbirnen vorhanden sind, kann LiFi immer noch hohe Geschwindigkeiten erreichen, da jede VLC-Lichtquelle die gleiche Geschwindigkeit liefern kann, selbst bei mehreren Nutzern.

Fazit

Die Vorteile, die Sie aus LiFi ziehen können, sind immens. Das soll die Tatsache nicht schmälern, dass WiFi sicherlich dazu beigetragen hat, die Lebensqualität exponentiell zu verbessern, da es den Weg für schnellere Kommunikation und die Verbesserung selbst der grundlegendsten gesellschaftlichen Funktionen geebnet hat. Es ist jedoch vielen verschiedenen Faktoren unterworfen, die auch seine Leistung beeinträchtigt haben. Zu diesen Faktoren gehören Überlastung, Nutzungseinschränkungen aufgrund von Interferenzen mit anderen Funktionen und eine Sättigung der Bandbreite, die die Unzulänglichkeiten dieser bestehenden Technologie deutlich aufzeigt.
Die Einführung von LiFi ist sicherlich zu begrüßen. Natürlich ist der vollständige Ersatz von WiFi durch LiFi angesichts der begrenzten Basisinfrastruktur nahezu unmöglich. Es handelt sich jedoch um eine praktikable Option, die insbesondere in Gebieten, die empfindlich auf die vorherrschende Technologie reagieren, als Alternative genutzt werden kann.