„Habe nun ach! Philosophie, Juristerei und Medizin, und leider auch Theologie! durchaus studiert mit heißem Bemühn. Da steh ich nun, ich armer Tor! und bin so klug als wie zuvor; heiße Magister, heiße Doktor gar, und ziehe schon an die zehen Jahr herauf, herab und quer und krumm meine Schüler an der Nase herum – und sehe, dass wir nichts wissen können!

Das will mir schier das Herz verbrennen!“ 

- Faust I, S. 354–365

Li-Fi: Licht als Datentransporter

LAN, Glasfaserkabel, Wi-Fi, Powerline, H+, LTE, … Die Liste der Übertragungstechnologien für Daten aus dem Internet ist lang und immer wieder wird eine noch schnellere, drahtlose Übertragung erfunden. 100 Megabyte pro Sekunde lassen sich in vielen Haushalten in großen Städten schon problemlos erreichen, aber es soll noch viel schneller und direkter gehen. Prof. Harald Haas, ein Informatiker aus Neustadt an der Aisch, lehrt an der Jacobs-Universität Bremen und Universität Edinburgh zu mobiler Kommunikation und möchte mit einem neuen Ansatz die drahtlose Datenübertragung revolutionieren. Dazu greift er auf das ursprünglichste Medium zurück, ohne das kein Leben möglich wäre und das die Menschheit seit ihrem Ursprung begleitet: Das Licht. Mittels Licht, im Vakuum 299792458 m/s schnell (laut der Relativitätstheorie die maximal mögliche Geschwindigkeit), sollen Daten im binären System (1 = ja, 0 = nein) übertragen werden. Damit reiht sich diese Technologie in die „Visible Lights Communications“ (Kommunikation mittels sichtbaren Lichts) ein. Im Grunde kann man auch davon sprechen, dass damit das Morsen auf Sichtdistanz für das digitale Zeitalter aufgegriffen wird.

Diverse wissenschaftliche Zusammenschlüsse forschen in diesem Bereich, wie beispielsweise:

·         Das Visible Light Communications Consortium

 

·         Das Li-Fi Consortium

Funktionsweise

Wie funktioniert das sogenannte Li-Fi? Zunächst einmal muss angemerkt werden, dass das Spektrum des für den Menschen sichtbaren Lichts nur eine Teilmenge des gesamten elektromagnetischen Wellenspektrums darstellt. Ein Großteil dieses Spektrums wird bereits von diversen Übertragungstechnologien genutzt. Licht kann also gesendet und empfangen/entdeckt werden und Fotosensoren sind bereits einige Jahrzehnte alt. Für Li-Fi wird nun ein eine Leuchtdiode (LED) benötigt, die in enormen Tempo an- und ausgeschaltet sowie gedimmt werden kann. LEDs sind im Vergleich zu herkömmlichen Glühbirnen energiesparend und daher auch zum neuen Standard der Innen- und Außenbeleuchtung geworden.

Der Datenstrom wird von einem Umwandler an der LED empfangen und LED-gerecht konvertiert: mittels Ein- und Ausschalten bzw. kurzem Dimmen der LED kann ein binärer Code erzeugt werden, den ein Fotosensor aufnehmen und wieder zu einem Datenstrom verwandeln kann. Da Licht in Materie sehr nahe an seine Ideal- und damit der allgemeinem Maximalgeschwindigkeit herankommt, das Spektrum sichtbaren Lichts um ein Vielfaches größer ist als das für Mobilfunkmasten verfügbare Spektrum und die LED in der Lage ist, extreme Datenmengen in kurzer Zeit per binärem Code zu transferieren, ist Li-Fi um ein Vielfaches schneller als bisheriges Wi-Fi. Momentan funktionsfähiges Li-Fi erreicht bis zu 10 GB/s, aber es wird in Expertenkreisen auch schon von sagenhaften 230 GB/s oder mehr gesprochen.

Realisierung

Es wird natürlich sehr lange dauern, bis die Technologie ausgereift und marktfertig ist. Noch länger wird aber eine großflächige Umstellung auf Li-Fi dauern. Laut Harald Haas ist das aber keine Frage der Verfügbarkeit: Weltweit seien ca. 14 Milliarden Glühbirnen, LEDs und andere Lichtquellen installiert. Im Vergleich zu den weltweit 1,4 Millionen Mobilfunkmasten wären das 10.000 Mal mehr potentielle HotSpots mit wesentlich größerem Spektrum. Man müsste sie nur entsprechend umrüsten, was in einigen Jahren sehr viel billiger als Wi-Fi sein könnte. Dabei muss natürlich fairerweise kritisiert werden, dass ein Vergleich von lokalen Li-Fi HotSpots für das eigene Zimmer und Mobilfunkmasten wenig Sinn macht. Aber eventuell gilt die Rechnung auch in ähnlicher Weise auch für herkömmliche Router.

Zu den größten Herausforderungen gehört dann die Verschlüsselung und Anmeldung am Li-Fi-Hotspots und damit auch die Frage der Sicherheit. Wie das erreicht wird, ist noch ungelöst, aber einen entscheidenden Sicherheitsvorteil hat Li-Fi: Es kann im Gegensatz zu Wi-Fi nicht durch feste Materie wie Wände, Mauern oder andere Gegenstände dringen. Damit wäre der eigene Hotspot im Zimmer sicher gegen ungewollte Zugriffe von außerhalb des Hauses. Mit Lasern könnte man Daten hingegen auch über weitere Entfernungen übertragen als mittels Wi-Fi, sofern Sichtkontakt besteht.

Das instinktive Bedenken, dass das überall vorhandene Licht (von Sonne, Lampen oder elektronischen Geräten) das Signal stören und unbrauchbar machen könnte, ist ebenfalls einfach auszuräumen: Der Li-Fi-Empfänger interessiert sich nur für den binären Code und damit für Schwankungen im Licht, konstantes Licht stellt also keine Veränderung der Datenübertragung dar.

Vorteile und Möglichkeiten

Die Möglichkeiten von Li-Fi sind nach Harald Haas unbegrenzt und bisher noch nicht abzuschätzen. Wichtige Vorteile sind der oben genannte inhärente Sicherheitsvorteil, die Abwesenheit einer potentiellen Gesundheitsgefahr durch elektromagnetische Strahlung – Licht ist überall und nicht schädlich –, die Geschwindigkeit und die Verfügbarkeit. Straßenlaternen, Flugzeugbeleuchtungen und viele weitere alltägliche Lichtquellen könnten mit Li-Fi aufgerüstet werden. Kommunikation im Straßenverkehr mit Scheinwerfern und Ampeln ist mit Li-Fi möglich. Außerdem ist an der LED für das menschliche Auge weder ein Flimmern noch eine Veränderung der Helligkeit erkennbar, weil die Frequenzen viel zu hoch sind. Ein weiterer faszinierender Vorteil ist, dass Li-Fi auch mit so stark gedimmtem Licht funktioniert, dass es für das menschliche Auge nicht mehr erkennbar ist. Man könnte also auch nachts problemlos und ohne störende Helligkeit darauf zugreifen.

Einer der wichtigsten Fortschritte durch Li-Fi ist sicher die Symbiose aus Beleuchtung und Datenübertragung: Energieeinsparung findet einerseits durch die flächenmäßige Umrüstung auf LED sowie durch das Wegfallen von Routern statt. Die Energieeffizienz der Technologie soll zudem wesentlich besser sein als von herkömmlichen Übertragungstechnologien. 

Update: Mittlerweile hat Harald Haas sogar das Empfangen mit Hilfe einer Solarplatte möglich ist – mit bis zu 50Mbit/s! Damit sind ganz neue Anwendungen denkbar, da nun auch der Empfänger diese Symbiose eingehen kann.

Nachteile und Gefahren

Die Nachteile sind weitestgehend offensichtlich. Der oben genannte Sicherheitsvorteil wird schnell zum nervigen Nachteil: Licht kann keine Gegenstände durchdringen. Man müsste also sicherstellen, dass das Licht der LED in allen Ecken unserer Räume ankommt und dabei keine Daten verliert. Außerdem ist eine Manipulation auf Sichtdistanz relativ einfach zu bewerkstelligen. 

Und schließlich wurde Li-Fi noch nicht intensiv außerhalb von Laboren getestet. Ob nicht doch Störungen aufgrund der alltäglichen Lichtumgebung des Menschen auftreten können, ist also noch nicht endgültig geklärt.

Gastbeitrag von: Maurice Thaidigsmann

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