Klaus-Dieter Langer drückt den Lichtschalter. Die Deckenlampe seines Büros erstrahlt. Nahezu zeitgleich fangen die Lämpchen am Modem seines Computers an zu blinken. Der Kontakt zum neuartigen Licht-W-Lan ist hergestellt. Dabei übermitteln herkömmliche LEDs den Datenstrom über das Sichtbare Licht. Doch noch ist das Zukunftsmusik. Noch senden LEDs nur im Labor Daten an einen Rechner. Und zwar im Labor von Klaus-Dieter Langer. Er leitet das Entwicklungsprojekt "Optical Wireless" am Fraunhofer Institut für Nachrichtentechnik "Heinrich Hertz" in Berlin. Die Funktionsweise des optischen Netzwerks erklärt er so.
"Das ganze funktioniert so, dass die Leuchtdiode betrieben wird, wie für Beleuchtungszwecke und auf die Leuchtdiode, auf den Versorgungsstrom, wird ein Datensignal moduliert, mit einer Bitrate von 500 MBit/s. Der Anwender sieht, also von der Beleuchtungsfunktion her, sieht keinen Unterschied, merkt also nichts von der Datenübertragung und mit einem optoelektrischen Empfänger kann man die Datensignale aufnehmen und auswerten."
Die Forscher verwenden für ihre Experimente industrieübliche lichtemittierende Dioden, besser bekannt als LEDs, wie sie zum Beispiel in Lampen verwendet werden. Langer:
"Auf der Sendeseite ist die LED mit ihrer normalen Stromversorgung und ein Koppler, der das digitale Datensignal einkoppelt und auf den LED-Strom aufprägt. Auf der Empfängerseite hat man eine Fotodiode. Die Fotodiode hat noch einen Filter um den blauen Lichtanteil herauszufiltern, der sich besonders gut für die Übertragung eignet. Und danach einen ganz normalen digitalen Empfänger, so wie man ihn für beliebige Datenübertragungen benutzt."
Mit dem herkömmlichen Licht einer normalen Lichtquelle – also zum Beispiel einer Deckenlampe – wollen die Forscher so ein drahtloses Netzwerk aufbauen. Und dessen Einsatzbereiche sind sehr vielfältig.
"Ein Anwendungsfeld könnte zum Beispiel in der Fertigungstechnik sein. Maschinenhallen, die ohnehin beleuchtet sind und wo man die Maschinen mit neuen Daten für Fertigungstechnik versorgen will."
Ebenso will Klaus-Dieter Langer das System ins heimische Wohn- oder Arbeitszimmer bringen. Denkbar sind genauso Einkaufszentren oder Tunnel.
"Wir denken an Anwendungen, wo man die Beleuchtung ohnehin hat. Die Besonderheit ist eben, man hat die Daten sozusagen huckepack auf der Beleuchtung und natürlich ist es Blödsinn, die Beleuchtung einschalten zu müssen, wenn man Daten übertragen will. Der Gedanke ist eigentlich umgekehrt, ist das Licht sowieso da, können wir auch Daten übertragen."
Schon lange in der Diskussion ist das sogenannte Tagfahrlicht im Straßenverkehr. Dieses könnte gekoppelt mit dem optischen W-Lan Einzug finden ...
"... bei der Ampel, beim Fahrzeug - heutzutage primär bei den Heckleuchten, aber in Zukunft auch bei den Frontscheinwerfern und da könnte man sich auch vorstellen, dass die Kommunikation zwischen Fahrzeugen oder zwischen Fahrzeugen und der Infrastruktur wie einer Ampel möglich sein wird."
Noch allerdings ist der Datenstrom nur unidirektional. Er geht also pro Verbindung in nur eine Richtung. Für ein richtiges Kommunikationsnetz, braucht es aber auch den Rückkanal. Den können sich die Forscher im Bereich des infraroten Lichts vorstellen.
"Die Anwendung beschränkt sich also nicht auf das sichtbare Licht. Für Infrarot gibt es sicherlich noch viel mehr Anwendungen. Infrarot-Technik ist praktisch überall im Heim vertreten. Jeder hat eine Fernbedienung für seinen Fernseher. Dort sind die Datenraten natürlich sehr sehr gering, aber wir wollen zeigen, dass man eben auch im infraroten Bereich breitbandige Signale übertragen kann. Zum Beispiel ein Wireless Lan nicht auf Funkbasis, sondern auf Basis von Licht, in dem Falle auf Infrarot-Basis."
Bereits in den nächsten Monaten wollen die Entwickler ein stabiles System für die Übertragung mit bis zu 100 MBit/s zeigen. Das ist ungefähr so schnell, wie heute eine normale verdrahte Ethernet-Verbindung über Kupfelkabel. Produkte, wie sie sich Klaus-Dieter Langer schon in drei bis fünf Jahren im Handel vorstellen kann, sollen in Gigabit-Geschwindigkeit ihre Daten austauschen.
"Das ganze funktioniert so, dass die Leuchtdiode betrieben wird, wie für Beleuchtungszwecke und auf die Leuchtdiode, auf den Versorgungsstrom, wird ein Datensignal moduliert, mit einer Bitrate von 500 MBit/s. Der Anwender sieht, also von der Beleuchtungsfunktion her, sieht keinen Unterschied, merkt also nichts von der Datenübertragung und mit einem optoelektrischen Empfänger kann man die Datensignale aufnehmen und auswerten."
Die Forscher verwenden für ihre Experimente industrieübliche lichtemittierende Dioden, besser bekannt als LEDs, wie sie zum Beispiel in Lampen verwendet werden. Langer:
"Auf der Sendeseite ist die LED mit ihrer normalen Stromversorgung und ein Koppler, der das digitale Datensignal einkoppelt und auf den LED-Strom aufprägt. Auf der Empfängerseite hat man eine Fotodiode. Die Fotodiode hat noch einen Filter um den blauen Lichtanteil herauszufiltern, der sich besonders gut für die Übertragung eignet. Und danach einen ganz normalen digitalen Empfänger, so wie man ihn für beliebige Datenübertragungen benutzt."
Mit dem herkömmlichen Licht einer normalen Lichtquelle – also zum Beispiel einer Deckenlampe – wollen die Forscher so ein drahtloses Netzwerk aufbauen. Und dessen Einsatzbereiche sind sehr vielfältig.
"Ein Anwendungsfeld könnte zum Beispiel in der Fertigungstechnik sein. Maschinenhallen, die ohnehin beleuchtet sind und wo man die Maschinen mit neuen Daten für Fertigungstechnik versorgen will."
Ebenso will Klaus-Dieter Langer das System ins heimische Wohn- oder Arbeitszimmer bringen. Denkbar sind genauso Einkaufszentren oder Tunnel.
"Wir denken an Anwendungen, wo man die Beleuchtung ohnehin hat. Die Besonderheit ist eben, man hat die Daten sozusagen huckepack auf der Beleuchtung und natürlich ist es Blödsinn, die Beleuchtung einschalten zu müssen, wenn man Daten übertragen will. Der Gedanke ist eigentlich umgekehrt, ist das Licht sowieso da, können wir auch Daten übertragen."
Schon lange in der Diskussion ist das sogenannte Tagfahrlicht im Straßenverkehr. Dieses könnte gekoppelt mit dem optischen W-Lan Einzug finden ...
"... bei der Ampel, beim Fahrzeug - heutzutage primär bei den Heckleuchten, aber in Zukunft auch bei den Frontscheinwerfern und da könnte man sich auch vorstellen, dass die Kommunikation zwischen Fahrzeugen oder zwischen Fahrzeugen und der Infrastruktur wie einer Ampel möglich sein wird."
Noch allerdings ist der Datenstrom nur unidirektional. Er geht also pro Verbindung in nur eine Richtung. Für ein richtiges Kommunikationsnetz, braucht es aber auch den Rückkanal. Den können sich die Forscher im Bereich des infraroten Lichts vorstellen.
"Die Anwendung beschränkt sich also nicht auf das sichtbare Licht. Für Infrarot gibt es sicherlich noch viel mehr Anwendungen. Infrarot-Technik ist praktisch überall im Heim vertreten. Jeder hat eine Fernbedienung für seinen Fernseher. Dort sind die Datenraten natürlich sehr sehr gering, aber wir wollen zeigen, dass man eben auch im infraroten Bereich breitbandige Signale übertragen kann. Zum Beispiel ein Wireless Lan nicht auf Funkbasis, sondern auf Basis von Licht, in dem Falle auf Infrarot-Basis."
Bereits in den nächsten Monaten wollen die Entwickler ein stabiles System für die Übertragung mit bis zu 100 MBit/s zeigen. Das ist ungefähr so schnell, wie heute eine normale verdrahte Ethernet-Verbindung über Kupfelkabel. Produkte, wie sie sich Klaus-Dieter Langer schon in drei bis fünf Jahren im Handel vorstellen kann, sollen in Gigabit-Geschwindigkeit ihre Daten austauschen.