Wie funktioniert Datenübertragung über Licht (Li-Fi)?

Wie funktioniert Datenübertragung über Licht (Li-Fi)?

Li-Fi (Light Fidelity) ist eine innovative Technologie zur drahtlosen Datenübertragung, die Licht statt Funkwellen verwendet. Diese Methode ermöglicht ultraschnelle Verbindungen und eröffnet neue Möglichkeiten für Kommunikation, insbesondere in Umgebungen, in denen WLAN nicht einsetzbar oder anfällig ist.

Was ist Li-Fi?

Li-Fi basiert auf der Übertragung von Daten durch sichtbares Licht (Visible Light Communication – VLC). Anstelle von Funkfrequenzen, wie bei WLAN oder Bluetooth, kommt bei Li-Fi eine LED (Licht emittierende Diode) zum Einsatz, die mit extrem hoher Frequenz flackert – schneller, als es das menschliche Auge wahrnehmen kann. Diese Lichtimpulse werden von einem Empfänger, wie etwa einer Photodiode, erkannt und in digitale Informationen umgewandelt.

Das Lichtsignal transportiert Daten, indem es zwischen unterschiedlichen Helligkeitszuständen wechselt. Dieses schnelle Ein- und Ausschalten der LED vermittelt binäre Informationen, also „0“ und „1“.

Li-Fi vs. WLAN

| Merkmal | Li-Fi | WLAN | |--------|------|------| | Medium | Licht (VLC) | Funkwellen (RF) | | Geschwindigkeit | >10 Gbit/s möglich | Typisch bis 1 Gbit/s | | Sicherheit | Abgeschirmt durch Wände | Signal dringt durch Wände | | Störanfälligkeit | Wenig störanfällig | Kann durch andere Netzwerke gestört werden | | Abhängigkeit vom Sichtkontakt | Ja (line of sight) | Nein |

Technischer Aufbau eines Li-Fi-Systems

Ein vollständiges Li-Fi-System besteht aus:

1. LED-Lichtquelle

• Dient als Sender
• Muss in der Lage sein, mit hoher Frequenz zu flackern
• Modulation des Lichts zur Binärdatenübertragung

2. Treiberelektronik

• Verarbeitet digitale Informationen
• Steuert das Ein- und Ausschalten des LEDs in Nanosekunden

3. Fotodetektor / Photodiode

• Erkennt schnelle Lichtveränderungen
• Wandelt diese in elektrische Signale um
• Arbeitet im Empfängergerät (z. B. Laptop, Smartphone)

4. Signalprozessor

• Entschlüsselt das empfangene Signal in verwertbare Daten
• Filtert Störsignale und stellt die Verbindung bereit

Wie werden Daten über Licht übertragen?

Schritt-für-Schritt Prinzip

1. Ein Datenstrom (z.B. ein Video) wird in Binärcode umgewandelt
2. Der Binärcode steuert die Modulation (An/Aus-Zustände) der LED-Lampe
3. Die LED flackert entsprechend dem Code
4. Der Empfänger erkennt das Lichtflackern und wandelt es zurück in den Binär-Code
5. Daraus entstehen auf dem Endgerät Inhalte wie Websites, Videos oder Dokumente

Modulationstechniken

• On-Off Keying (OOK): Einfache Methode – Licht „an“ = 1, Licht „aus“ = 0
• Pulse Position Modulation (PPM): Pulse kommen in Zeitfenstern an definierter Position
• OFDM (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing): Komplexere Techniken zur Erhöhung der Übertragungsrate, ähnlich wie bei WLAN

Vorteile von Li-Fi

Hohe Geschwindigkeit

• Theoretisch über 100 Gbit/s in Labors
• Ideal für datenintensive Anwendungen wie 4K-Streaming, Virtual Reality oder IoT

Sicherheit

• Licht kann Wände nicht durchdringen – keine externe Nutzung oder Abhören in benachbarten Räumen
• Für sensible Datenübertragung in Behörden, Banken oder Krankenhäusern hervorragend geeignet

Störungsfrei

• Keine Frequenzinterferenzen mit anderen Geräten
• Funktioniert auch in empfindlichen Bereichen wie Flugzeugen oder medizinischer Ausrüstung

Energieeffizienz

• LEDs mit Dualfunktion: Beleuchtung + Datenübertragung
• Geringerer Stromverbrauch, besonders in Smart Buildings

Nachteile und Herausforderungen

Sichtverbindung nötig

• Li-Fi funktioniert nur, wenn eine direkte oder indirekte Sichtverbindung zur Lichtquelle besteht
• Verdeckte Empfänger oder Schatten können Übertragung unterbrechen

Begrenzte Reichweite

• Je nach Lichtstärke und Empfängertechnik liegt der Bereich zwischen 10 und 20 Metern
• Nicht geeignet für große Outdoor-Distanzen

Abhängigkeit von Beleuchtung

• Bei ausgeschaltetem Licht ist keine Übertragung möglich
• Lösungen wie Infrarot-LEDs für dunkle Räume in Entwicklung

Anwendungsbereiche für Li-Fi

Industrie & Logistik

• Produktionshallen mit vielen Metallflächen stören häufig WLAN
• Li-Fi bietet störungsfreie Kommunikation und hohe Präzision

Krankenhäuser

• Keine Gefahr der Interferenzen mit medizinischen Geräten
• Sensible Patientendaten sicher übertragbar

Bildungseinrichtungen

• Klassenräume mit effizienter Datenübertragung
• Kombinierbar mit interaktiver Beleuchtung

Luftfahrt

• Unterhaltungssysteme im Flugzeug ohne Funkwellen
• Geringeres Gewicht durch Verzicht auf Kupferkabel

Smart Home & IoT

• Intelligente Beleuchtungssysteme mit integrierter Datenübertragung
• Verknüpfung von Sensoren, Kameras und Steuerzentralen

Zukunft und Entwicklung

Integration in Smartphone & Laptops

• Erste Prototypen mit integrierten Fotodetektoren bereits in Entwicklung
• Ziel: Plug-and-Play-Nutzung wie bei WLAN

Kombination mit 5G und WLAN

• Hybridnetzwerke, bei denen Li-Fi für den Datenfluss in Innenräumen zuständig ist
• WLAN/5G übernimmt, wenn Lichtverbindung unterbrochen ist

Ausbau im Bereich Smart Cities

• Straßenlaternen und Leuchtreklamen als Li-Fi Access Points
• Verbindung von Fahrzeugen, Passanten und Infrastruktur in Echtzeit

Standardisierung

• IEEE arbeitet an Li-Fi-Standards (802.11bb)
• Ziel: Kompatibilität und Interoperabilität mit bestehenden Netzwerken

Li-Fi vs. VLC

• Li-Fi ist eine Form der VLC, speziell für Zwecke der Datenübertragung
• VLC umfasst auch andere Anwendungen wie:
  • Positionsbestimmung (Indoor Navigation)
  • Kommunikation mit Maschinen
  • Steuerung von Smart Devices

Fazit

Li-Fi bietet enormes Potenzial für die Zukunft der drahtlosen Kommunikation. Seine hohe Geschwindigkeit, Sicherheit und Störungsresistenz machen es zu einer sinnvollen Ergänzung – oder in manchen Fällen sogar Alternative – zu WLAN. Besonders in sensiblen und funkempfindlichen Bereichen kann Li-Fi neue Maßstäbe setzen.

Auch wenn noch Herausforderungen wie die Standardisierung und Integration in mobile Endgeräte bestehen, ist klar: Die Zukunft leuchtet im wahrsten Sinne des Wortes – mit Datenübertragung über Licht.

Hinweis

Der praktische Einsatz von Li-Fi hängt stark von der Infrastruktur und den jeweiligen Lichtverhältnissen ab. In Kombination mit bestehenden Technologien wie WLAN oder 5G kann Li-Fi aber ein entscheidender Bestandteil moderner Netzwerke werden.