Li-Fi

Li-Fi (häufig als LiFi bezeichnet ) ist eine drahtlose Kommunikationstechnologie , die Licht nutzt, um Daten und Position zwischen Geräten zu übertragen. Der Begriff wurde erstmals 2011 von Harald Haas im Rahmen eines TEDGlobal- Vortrags in Edinburgh eingeführt . ^{[ 1 ]}

Im Gegensatz zu Wi-Fi , das Daten mittels Funkfrequenzen und einer elektrischen Spannung in einer Antenne überträgt, nutzt Li-Fi die Modulation der Lichtintensität. Li-Fi funktioniert daher auch in Bereichen, die ansonsten anfällig für elektromagnetische Störungen sind (z. B. Flugzeugkabinen , Krankenhäuser oder militärische Anwendungen). ^{[ 2 ] [ 3 ]}

Li-Fi ist eine Weiterentwicklung der optischen drahtlosen Kommunikationstechnologie (OWC), die Licht von Leuchtdioden (LEDs) als Medium nutzt, um mobile Hochgeschwindigkeits-Netzwerkkommunikation ähnlich wie Wi-Fi zu ermöglichen . ^{[ 4 ]}

Sichtbare Lichtkommunikation (VLC) funktioniert durch das extrem schnelle Ein- und Ausschalten des Stroms zu den LEDs, das für das menschliche Auge nicht wahrnehmbar ist. ^{[ 5 ]} Da die Lichtwellen Wände nicht durchdringen können, ist die Reichweite geringer und das Abhörrisiko im Vergleich zu WLAN niedriger. ^{[ 6 ] [ 7 ]} Für die Li-Fi-Signalübertragung ist nicht immer eine direkte Sichtverbindung erforderlich, da Licht von Wänden, Spiegeln oder anderen reflektierenden Objekten reflektiert werden kann.

Li-Fi kann potenziell in elektromagnetisch empfindlichen Bereichen eingesetzt werden, ohne elektromagnetische Störungen zu verursachen . ^{[ 8 ] [ 7 ] [ 9 ]} Sowohl Wi-Fi als auch Li-Fi übertragen Daten über das elektromagnetische Spektrum , wobei Wi-Fi Radiowellen nutzt, während Li-Fi sichtbares, ultraviolettes und infrarotes Licht verwendet. ^{[ 10 ]} Forscher haben Datenraten von über 224 Gbit/s erreicht. ^{[ 11 ]}

Obwohl verschiedene Unternehmen wie PureLiFi ^{[ 12 ]} , Signify ^{[ 13 ]} , Oledcomm ^{[ 14 ]} , Terra Ferma ^{[ 15 ]} und andere Li-Fi-Produkte herstellen, bleiben WLAN und Mobilfunk die vorherrschenden Kommunikationstechnologien für Verbraucher, Unternehmen, Industrie und Militär. Das erste kommerziell erhältliche Li-Fi-System wurde auf dem Mobile World Congress 2014 in Barcelona vorgestellt .

Da die kurzen Wellenlängen von Li-Fi Wände nicht durchdringen können, müssten in jedem Raum eines Gebäudes Sender installiert werden, um eine gleichmäßige Li-Fi-Verteilung zu gewährleisten. Die damit verbundenen hohen Installationskosten, die für die praktische Anwendbarkeit der Technologie notwendig sind, stellen einen der potenziellen Nachteile dar. ^{[ 5 ] [ 16 ] [ 17 ]}

Die ersten Forschungsergebnisse zur sichtbaren Lichtkommunikation (VLC) wurden im September 2009 vom Fraunhofer-Institut für Telekommunikation veröffentlicht und zeigten Datenraten von 125 Mbit/s über eine Distanz von 5 m mit einer Standard-LED. ^{[ 18 ]} Im Jahr 2010 wurden die Übertragungsraten bereits auf 513 Mbit/s mit dem DMT-Modulationsverfahren erhöht. ^{[ 19 ]}

Während seines TED Global Talks im Jahr 2011 führte Professor Harald Haas , ein Experte für mobile Kommunikation an der Universität Edinburgh , den Begriff Li-Fi ein , als er das Konzept der „drahtlosen Datenübertragung von jeder Lampe“ erörterte. ^{[ 20 ]}

Der Oberbegriff Sichtbare-Licht-Kommunikation (VLC), dessen Geschichte bis in die 1880er-Jahre zurückreicht, umfasst jede Nutzung des sichtbaren Lichts im elektromagnetischen Spektrum zur Informationsübertragung. Das D-Light-Projekt, das von Januar 2010 bis Januar 2012 am Institut für Digitale Kommunikation in Edinburgh gefördert wurde, trug maßgeblich zur Weiterentwicklung dieser Technologie bei. Haas war zudem an der Gründung eines Unternehmens zur Kommerzialisierung beteiligt. ^{[ 21 ] [ 22 ]}

Im Oktober 2011 gründeten das Fraunhofer IPMS und Industriepartner das Li-Fi-Konsortium , um optische Hochgeschwindigkeits-Funksysteme zu fördern und die begrenzte Menge an verfügbarem Funkfrequenzspektrum durch die Nutzung eines völlig anderen Teils des elektromagnetischen Spektrums zu überwinden. ^{[ 23 ]}

Die praktische Demonstration der VLC-Technologie mittels Li-Fi ^{[ 24 ]} fand 2012 statt, wobei unter Laborbedingungen Übertragungsraten von über 1 Gbit/s erreicht wurden. ^{[ 25 ]} Im Jahr 2013 wurden in Labortests Geschwindigkeiten von bis zu 10 Gbit/s erzielt. Bis August 2013 wurden Datenraten von ca. 1,6 Gbit/s über eine einzelne farbige LED demonstriert. ^{[ 26 ]} Ein bedeutender Meilenstein wurde im September 2013 erreicht, als festgestellt wurde, dass Li-Fi bzw. VLC-Systeme im Allgemeinen keine zwingende Sichtverbindung benötigen. ^{[ 27 ]} Im Oktober 2013 wurde berichtet, dass chinesische Hersteller an Li-Fi-Entwicklungskits arbeiten. ^{[ 28 ]}

Im April 2014 kündigte das russische Unternehmen Stins Coman das drahtlose lokale Netzwerk BeamCaster Li-Fi an, das Datenübertragungsgeschwindigkeiten von bis zu 10 Gigabit pro Sekunde (Gbit/s) ermöglicht. Sie gehen davon aus, die Geschwindigkeiten in naher Zukunft auf bis zu 40 Gbit/s steigern zu können. ^{[ 29 ]} Im selben Jahr stellte das mexikanische Unternehmen Sisoft einen neuen Rekord auf, indem es Daten mit Geschwindigkeiten von bis zu 80 Gbit/s über das Lichtspektrum von LED-Lampen übertrug. ^{[ 30 ]}

Aktuelle Angebote von purelifi, Signify, oledcomm und Terra Ferma deuten darauf hin, dass Li-Fi-Vollduplex-Kommunikationsverbindungen Geschwindigkeiten von über 1,0 Gbit/s erreichen können . Eine 2021 von IEEE  veröffentlichte Studie legt nahe, dass Geschwindigkeiten von 224 Gbit/s möglich sind. ^{[ 31 ]} 

Im Juni 2018 wurde Li-Fi im BMW- Werk in München unter der Schirmherrschaft des Fraunhofer Heinrich-Hertz-Instituts erfolgreich für industrielle Anwendungen getestet. ^{[ 32 ]}

Im August 2018 erprobte die Kyle Academy in Schottland die Anwendung in ihren Räumlichkeiten, wodurch die Schüler Daten durch schnelle Ein- und Ausschaltvorgänge der Raumbeleuchtung empfangen konnten. ^{[ 33 ]}

Im Juni 2019 präsentierte das französische Unternehmen Oledcomm seine Li-Fi-Technologie auf der Pariser Luftfahrtschau 2019. ^{[ 34 ]}

Im Januar 2025 kündigte Terra Ferma, ein US-amerikanisches Unternehmen, die Markteinführung seiner Helios- und Fortis-Li-Fi-Produktlinien für US-amerikanische und NATO -Regierungs- und Militäranwendungen an.

Wie Wi-Fi ist auch Li-Fi drahtlos und verwendet ähnliche 802.11-Protokolle , nutzt aber zusätzlich ultraviolettes , infrarotes und sichtbares Licht (VLC). ^{[ 35 ]}

Ein Teil von VLC basiert auf Kommunikationsprotokollen der IEEE- 802-Arbeitsgruppe. Der IEEE-802.15.7 -Standard ist jedoch veraltet: Er berücksichtigt nicht die neuesten technologischen Entwicklungen im Bereich der optischen drahtlosen Kommunikation, insbesondere die Einführung von optischen orthogonalen Frequenzmultiplexverfahren (O-OFDM), die für Datenraten, Mehrfachzugriffe und Energieeffizienz optimiert wurden. ^{[ 36 ]} Die Einführung von O-OFDM erfordert daher eine neue Standardisierung der optischen drahtlosen Kommunikation.

Der IEEE-802.15.7-Standard definiert die physikalische Schicht (PHY) und die Medienzugriffsschicht (MAC). Er ermöglicht ausreichende Datenraten für die Übertragung von Audio-, Video- und Multimediadiensten. Dabei berücksichtigt er die Mobilität der optischen Übertragung, die Kompatibilität mit der in Infrastrukturen vorhandenen künstlichen Beleuchtung sowie mögliche Störungen durch Umgebungslicht. Die MAC-Schicht ermöglicht die Nutzung der Verbindung zu den anderen Schichten, analog zum TCP/IP- Protokoll.

Der Standard definiert drei PHY-Schichten mit unterschiedlichen Datenraten:

• Der PHY 1 wurde für Außenanwendungen entwickelt und arbeitet mit Datenraten von 11,67 kbit/s bis 267,6 kbit/s.
• Die PHY 2-Schicht ermöglicht Datenraten von 1,25 Mbit/s bis 96 Mbit/s.
• Der PHY III wird für viele Emissionsquellen mit einem speziellen Modulationsverfahren namens Color Shift Keying (CSK) verwendet. PHY III kann Datenraten von 12 Mbit/s bis 96 Mbit/s liefern. ^{[ 37 ]}

Die für PHY I und PHY II erkannten Modulationsverfahren sind On-Off-Keying (OOK) und Variable Pulse-Position Modulation (VPPM). Die für die PHY-I- und PHY-II-Schichten verwendete Manchester-Codierung integriert den Takt in die übertragenen Daten, indem eine logische 0 durch das OOK-Symbol „01“ und eine logische 1 durch das OOK-Symbol „10“ dargestellt werden, jeweils mit einer Gleichstromkomponente. Diese Gleichstromkomponente verhindert das Erlöschen der Leuchtdiode bei einer längeren Folge logischer Nullen.

Im Juli 2023 veröffentlichte das IEEE den 802.11bb- Standard für lichtbasierte Netzwerke, der einen herstellerneutralen Standard für den Li-Fi-Markt bieten soll.

Die meisten ferngesteuerten Unterwasserfahrzeuge (ROVs) werden über Kabelverbindungen gesteuert. Die Kabellänge begrenzt ihre Reichweite erheblich, und auch andere Faktoren wie Gewicht und Empfindlichkeit des Kabels können einschränkend wirken. Da sich Licht durch Wasser ausbreiten kann, bietet Li-Fi-basierte Kommunikation deutlich mehr Mobilität. ^{[ 38 ]} Die Einsatzmöglichkeiten von Li-Fi sind jedoch durch die Eindringtiefe des Lichts in Wasser begrenzt. Licht dringt nicht tiefer als 200 Meter ein. Jenseits von 1000 Metern dringt kein Licht mehr ein. ^{[ 39 ]}

Eine effiziente Datenübertragung ist in der Luftfahrt, beispielsweise in einem kommerziellen Passagierflugzeug, mittels Li-Fi möglich. Diese lichtbasierte Datenübertragung stört nicht die Geräte im Flugzeug, die auf Funkwellen basieren , wie beispielsweise das Radar . ^{[ 40 ]}

Immer mehr medizinische Einrichtungen nutzen Fernuntersuchungen und -behandlungen. Li-Fi-Systeme könnten eine bessere Lösung für die Übertragung großer Datenmengen mit geringer Latenz bieten. Neben der höheren Übertragungsgeschwindigkeit beeinträchtigen Lichtwellen auch medizinische Geräte weniger . Ein Beispiel hierfür wäre der Einsatz drahtloser Geräte in MRT-Untersuchungen und ähnlichen strahlungsempfindlichen Verfahren. ^{[ 40 ]} Eine weitere Anwendung von Li-Fi in Krankenhäusern ist die Lokalisierung von Ausrüstung und Personal. ^{[ 41 ]}

Straßenlaternen können genutzt werden, um Passanten Werbung für nahegelegene Geschäfte oder Sehenswürdigkeiten auf deren Mobilgeräten anzuzeigen . Ein Kunde, der ein Geschäft betritt und an den Scheinwerfern vorbeigeht, kann auf seinem Mobilgerät aktuelle Angebote und Aktionen sehen. ^{[ 42 ]}

In der Lagerhaltung ist die Positionierung und Navigation in Innenräumen ein entscheidender Faktor. Die 3D-Positionierung ermöglicht Robotern eine detailliertere und realistischere visuelle Wahrnehmung. Sichtbares Licht von LED-Lampen wird genutzt, um Nachrichten an die Roboter und andere Empfänger zu senden und so die Position der Objekte zu berechnen. ^{[ 43 ]}

• Bluetooth
• Optische Freiraumkommunikation
• Heliograph
• Indoor-Positionierungssystem (IPS)
• Infrarotkommunikation
• Infrared Data Association (IrDA)
• Nahfeldkommunikation (NFC)
• Wi-Fi-Positionierungssystem
• RONJA
• Räumlicher Lichtmodulator (SLM)
• Super Wi-Fi
• Wi-Fi Direct
• W-lan
• Vaporware

• LiFi und WLAN: Zukunftstechnologien für Netzwerke – LiFi: Erfahren Sie mehr über die Geschwindigkeiten (sameotech.com ).
• Einführung in die Li-Fi-Technologie. Archiviert am 10. August 2023 im Internetarchiv (Wayback Machine) . electronicslovers.com
• Was genau ist Li-Fi?