Das Internet in seiner jetzigen Form ist so allgegenwärtig wie Sanitäranlagen in Gebäuden. Es ist so allgegenwärtig geworden, dass wir von Orten ohne Internetverbindung oder gar einem WiFi-Signal fasziniert sind. Außerdem 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 hat sich so sehr in die moderne Gesellschaft integriert, dass ein Ausfall des gesamten Internets katastrophale Folgen haben könnte, da ein Großteil der Regierungen der Welt auf das Internet angewiesen ist, um grundlegende Funktionen bereitzustellen. Dabei wird auch die Tatsache außer Acht gelassen, dass moderne Unternehmen das Internet nicht nur als Mittel zur Akquisition und zum Abschluss von Geschäften nutzen, sondern auch für viele verschiedene alltägliche Aufgaben, die für das Unternehmen wichtig sind.

In Anbetracht der Schwere und der schieren Bedeutung des Internets steigt die Nachfrage nach seiner Nutzung weiter an und trägt erheblich zur Überlastung der Netze bei. Dies erfordert neuere Technologien, um dieser wachsenden Nachfrage gerecht zu werden und bessere Ergebnisse zu erzielen. Bei der Erforschung möglicher Alternativen ist eine solche Alternative, die die vorherrschende WiFi-Technologie ersetzen soll, 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-TALKs im Jahr 2011 geprägt. Benannt wurde es nach seinem Vorgänger und der derzeit vorherrschenden Technologie WiFi, was für Wireless Fidelity steht.

LiFi ist eine der neuesten Kommunikationstechnologien, die darauf abzielt, die aktuelle Technologie zu verbessern, indem sie die Kommunikation mit sichtbarem Licht im Gegensatz zu den von WiFi verwendeten Radiowellen nutzt. Seine Einführung dient eigentlich einem doppelten Zweck, da es sowohl die Beleuchtung der Haushalte als auch die Übertragung von Daten erleichtern soll.

Die Einführung von LiFi stellt ein neues Paradigma für die optische Funktechnologie dar, da sie darauf abzielt, Konnektivität in einer lokal begrenzten Umgebung zu bieten und dabei auf Glasfaserkabel als Übertragungsmedium für Licht zu verzichten. Stattdessen nutzt es die haushaltsübliche LED-Beleuchtung als Transportmittel. 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 das sichtbare Licht der Deckenbeleuchtung für die Übertragung von Daten. Möglich wird dies durch die Verwendung eines VLC-Systems (Visible Light Communications) für die Datenübertragung. Ein VLC-System hat zwei qualifizierende Komponenten:

1. Mindestens eine Vorrichtung, die 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 Lichtleistung erfordert. Leuchtstoffröhren emittieren Licht in einem viel breiteren Wellenlängenbereich, was sie zu einer relativ weniger effizienten Lichtquelle als LED macht. LED hingegen ist eine Lichtquelle, die Licht in einem sehr schmalen Band von Wellenlängen aussendet, was sie zu einer effizienteren Lichtquelle macht.

Die LED ist auch ein Halbleiter, was bedeutet, dass sie die Lichtintensität verstärken und schnell schalten kann. Dies ist eine wichtige Eigenschaft, auf die Sie bei einer VLC-Lichtquelle achten sollten, 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 ebenso wie 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 der vorgeschlagenen Neuerungen für die bestehende Technologie ist die Schaffung eines bidirektionalen Kommunikationssystems, ähnlich dem herkömmlichen Breitband und WiFi. Dies kann durch den Austausch von sichtbarem Licht und Infrarotlicht von einem Photodetektor geschehen, so dass angeschlossene mobile Geräte Daten für einen Uplink an die Lichtquelle zurücksenden können. Eine weitere vorgeschlagene Innovation ist die Umgestaltung der mehrfarbigen RGB-LEDs, damit sie Daten in einem breiteren Spektrum von Signalen senden und empfangen können als die einfarbigen phosphorbeschichteten weißen LEDs.

Ist es wirklich notwendig, WiFi zu ersetzen?

In Anbetracht der enormen Bedeutung des Internets für die moderne Technologie (fast alle grundlegenden Regierungs- und Alltagsfunktionen sind ohne das Internet nicht mehr denkbar), ist es vielleicht wirklich notwendig, 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 Netzwerke.

Wird LiFi das WiFi verdrängen?

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

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

Datenübertragungsgeschwindigkeiten

Tests, die von pureLiFi, einem vom LiFi-Pionier Prof. Roland Haas gegründeten Unternehmen, in einer kontrollierten Umgebung durchgeführt wurden, ergaben, dass LiFi Geschwindigkeiten von über 100 Gbps erreichen kann. Einige Tests haben sogar ergeben, dass es Daten mit bis zu 224 Gbps 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.

Energie-Effizienz

Bei WiFi erfordert die Übertragung von Daten zwei Funkgeräte für die Übertragung von Funkwellen. Diese Funkgeräte kommunizieren ständig miteinander über RF-Sender, die im Funkgerät installiert sind, und einen Basisband-Chip, der viel Energie verbraucht, nur um Datensignale vom Rauschen mehrerer anderer Geräte, die dieselbe Funkfrequenz verwenden, zu unterscheiden. Im Gegensatz dazu nutzt LiFi die LED-Leuchten über dem Kopf 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 insgesamt weniger Energie. Außerdem werden LED-Lampen im Gegensatz zu anderen Glühbirnen verwendet, was sie zu einer effizienteren Lichtquelle macht.

Erfassungsbereich

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

Sicherheit

Die begrenzte Reichweite von LiFi kann auch als etwas Gutes angesehen werden, da sie die Netzwerksicherheit erhöht. Auch hier gilt: Da LiFi-Signale keine Wände durchdringen können, sind Störungen durch äußere Kräfte begrenzt. Dies macht es auch ideal für den Einsatz in sensiblen Bereichen, in denen Fernpiraterie und Hackerangriffe weit verbreitet sind. Es eignet sich daher für Bereiche, die mit Forschung und Entwicklung, Finanzen, Verteidigung und sogar dem Massentransport zu tun haben.

Daten-Dichte

Eine der größten Einschränkungen von WiFi ist seine Anfälligkeit in Gebieten mit hohem Verkehrsaufkommen. Die Übertragung von Daten in Gebieten mit hohem Nutzeraufkommen ist tendenziell langsamer als in Gebieten mit geringerem Nutzeraufkommen. Auf der anderen Seite unterliegt LiFi nicht den gleichen Einschränkungen und funktioniert sogar in sehr dichten Umgebungen. Vor allem in Bereichen, 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 Benutzern.

Fazit

Der Nutzen, den Sie aus LiFi ziehen können, ist immens. Das soll nicht heißen, dass WiFi nicht 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. Er 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 eine willkommene Neuerung. 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.