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02 2020 Elektronik 21 Connectivity LiFi erschließt sich zurzeit einige Anwendungen aus den Bereichen Smart City und Smart Factory Feldtests wurden im Außenbereich und in realen Industrieszenarien durchgeführt ein Überblick zu den Ergebnissen und dem aktuellen Stand der Technik Von Dr Volker Jungnickel Der Begriff LiFi bezeichnet die Vision für eine vernetzte mobile Kommunikation bei der Licht anstelle von Funk als Übertragungsmedium eingesetzt wird Erste Forschungsarbeiten reichen in das Jahr 1979 zurück 1 IrDA ist die einzig bekannte Entwicklung für den Massenmarkt die wir aus den ersten Laptops und Mobiltelefonen der 90erJahre kennen wo es jedoch schon bald durch Bluetooth ersetzt wurde Auch in WiFi konnte sich die optische Alternative noch nicht durchsetzen Mit kohärenter Modulation und Detektion kann der Funk Entfernungen einfacher überbrücken als LiFi wo man auf Intensitätsmodulation und Direktdetektion angewiesen ist Seit IrDA hat sich die Optoelektronik jedoch wesentlich weiterentwickelt Hochleistungs-LEDs wurden durch hohe Stückzahlen preisgünstig verfügbar und sind mit innovativen Treiberkonzepten schnell modulierbar Großflächige Fotodioden mit modernen Verstärkerkonzepten ergeben empfindliche optische Empfänger Mit 100 MHz Bandbreite kann LiFi auch ohne bündelnde Optiken Datenraten zwischen 100 Mbit s und 1 Gbit s über mehrere Meter drahtlos überbrücken mit Optiken sind auch 100 bis 200 m möglich Vor einigen Jahren wurde LiFi aufgrund einiger Laborergebnisse von den Medien als WiFi-Nachfolger gefeiert Der Mobilfunk kann aber heute schon auf 25 Jahre erfolgreiche Entwicklung zurückschauen und er liefert Gbit s sowohl über große als auch kleine Entfernungen Bleibt LiFi also weiterhin eine Lösung ohne richtige Anwendung? Es gibt durchaus Szenarien in denen Licht seine besonderen Stärken ausspielen kann Getestet wird die Technik unter anderem im industriellen Bereich und für die Vernetzung von Straßenbeleuchtung Besonders die Kombination von Licht und Funk eröffnet bisher ungenutzte Synergien die zu innovativen Produktideen mit herausragenden Eigenschaften führen können Stand der Technik Optische Frontends In heutigen LiFi-Modulen werden handelsübliche Hochleistung-LEDs und Silizium-Fotodioden mit großer Fläche Bild 1 Links Aktuelle LiFi Module vom Fraunhofer HHI Rechts Frequenzgänge mit IRund Weißlicht-LEDs sowie großflächigen PDs Bild Fraunhofer HHI 100 80 60 20 20 IR-LED Weißlicht-LED ohne Korrektur Weißlicht-LED mit Korrektur 0 40 Frequenz Hz Amplitude dB 0 1 1 5 Frequenzverlauf eines LiFi-Systems mit Sichtverbindung 2 × 108 0 5 eingesetzt um möglichst viel Licht abzustrahlen und einzufangen Die vergleichsweise großen aktiven Flächen machen beide Bauelemente jedoch kapazitiv Mit modernen Verstärkern und ausgefeilter Impedanzanpassung kann man trotzdem ca 100 MHz Bandbreite erreichen Bild 1 zeigt aktuelle LiFiModule vom Fraunhofer HHI Beim Frequenzgang werden infrarote IR und Weißlicht-LEDs IR Osram SFH 4715S Weißlicht Cree XLAMP XM-L2 mit derselben Treiberschaltung und bei gleicher Treiberausgangsleistung verglichen Die gestrichelte und durchgezogene Kurve zeigt die Messung vor und nach Korrektur der räumlichen Abstrahlcharakteristiken beider LEDs 2 Die IR-LED erzeugt das Licht direkt im Halbleiter Das ermöglicht hohe Effizienz und eine hohe 3-dB-Grenzfrequenz von ca 80 MHz Weißlicht-LEDs sind zusammengesetzt aus einer blauen LED und dem gelb leuchtenden Phosphor Vergleicht man die Frequenzgänge miteinander dann beobachtet man einen generellen Abfall von 8 7 dB bei niedrigen Frequenzen und einen weiteren Abfall schon bei wenigen MHz