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22 Elektronik 02 2020 Connectivity bevor die Kurve bei höheren Frequenzen etwa parallel zur IR-LED verläuft Der generelle Verlust ergibt sich aus der kleineren elektooptischen bzw optoelektrischen Wandlungseffizienz bei kürzeren Wellenlängen Die 3-dBGrenzfrequenz von 1 5 MHz ist auf die Trägheit des Phosphors zurückzuführen Bei höheren Frequenzen sieht man die Modulation der blauen LED die vom Treiber ebenso schnell moduliert werden kann wie im IR Der Vorteil von IR-LEDs für Kommunikationsanwendungen ist offensichtlich BasisbandSignalverarbeitung Die hohe Bandbreite der LiFi-Module wird mithilfe moderner Basisbandchipsätze ausgenutzt die für die Heimvernetzung über Stromleitung Koaxialkabel Telefonleitung oder Plastikfaser entsprechend der ITU-T-Standards G 9960 12 11 100 MHz Wave1 bzw G 9960 11 18 200 MHz Wave2 entwickelt wurden Der Chipsatz realisiert ein analoges Frontend AFE das für LiFi wie für Koaxialkabel verwendet wird die Basisband-Signalverarbeitung und eine 1-Gbit s-EthernetAnbindung Die physikalische Schicht basiert auf orthogonalem Frequenzmultiplex OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing wobei die Modulation individuell für jede Unterträgerfrequenz gewählt werden kann Ein Managementprotokoll ermöglicht eine schnelle Anpassung der Datenrate an beliebige Frequenzgänge bei gleichbleibender Fehlerrate Der Standard umfasst auch eine hochwertige Fehlerkorrektur mittels LowDensity Parity Check LDPC -Code und schnelle Wiederholung defekter Pakete Selective Repeat was für geringe Latenzzeit sorgt Auf MAC-Schicht Media Access Control können mehrere Nutzer im CSMA CA-Carrier Sense Multiple Access Collision Detection bzw TDMA-Verfahren Time Division Multiple Access gleichzeitig unterstützt werden Für LiFi wurde kürzlich eine Weiterentwicklung des Ghn-Standards mit der Bezeichnung Gvlc von der ITU-Tverabschiedet Er ermöglicht einen Wechsel zwischen verschiedenen Domänen was als Handover angesehen werden kann um die Mobilität zwischen benachbarten LiFi-Zugangspunkten zu unterstützen Erreichbare Datenraten Der G 9960 11 18 -Standard kann im Koaxialmodus theoretisch 1 7 Gbit s liefern die sich im Halbduplex zwischen beiden Richtungen aufteilten In Kombination mit den LiFi-Modulen vom Fraunhofer HHI konnten 1 6 Gbit s über eine Entfernung von 10 m erreicht werden 3 Die bidirektionale Netzwerkanbindung kann also 1 Gbit s Ethernet auch über Licht übertragen LiFi für vernetzte StraSSenleuchten Nach der Versteigerung der 5G-Frequenzen werden die Netzbetreiber sich ein Kopfan-Kopf-Rennen um den flächendeckenden Ausbau der Infrastruktur liefern Nach etwa zwei Jahren werden dann die Endgeräte ausgetauscht und unterstützen zunehmend 5G Die Netze müssen deshalb relativ schnell mit kleineren Zellen erweitert werden um die höhere Kapazitätsnachfrage zu bedienen Kleine Zellen befinden sich in Gebäuden an Hauswänden oder an Straßenleuchten Neue Standorte müssen zügig in das bestehende Netz integriert werden haben jedoch häufig keinen Glasfaseranschluss und werden drahtlos angebunden Ähnliches gilt für FTTH Fiber to the Home -Netze wo das Verlegen der Glasfaser die Hauptkosten ausmacht und kostengünstige WTTH Wireless to the Home -Lösungen helfen können die Kosten zu senken Entfernungen sind in beiden Fällen maximal 200 m oftmals deutlich kürzer Das Fraunhofer HHI hat untersucht ob LiFi in diesen Märkten Fuß fassen kann die auch durch 60 GHz adressiert werden Bild 2 zeigt eine Referenzstrecke die mit der oben erläuterten LiFi-Technik eine Punktzu-Punkt-Verbindung über 100 m zwischen den Dächern des Fraunhofer HHI und der TU Berlin realisiert Daneben wurde eine kommerzielle 60-GHz-Strecke und eine Wetterstation aufgebaut Tests über mehr als zwei Jahre ermöglichen es die Ergebnisse unter denselben Bedingungen vergleichen zu können 4 Bild 3 zeigt dass es neben der überwiegend klaren Sicht auch Nebel Regen und Schneetreiben gab Um die Verbindung trotzdem aufrecht zu halten passen LiFi und 60 GHz automatisch die Datenrate an die Wetterbedingungen an Sie reagieren dabei aber unterschiedlich Während das SNR bei 60 GHz bei Regen kleiner wird reduziert sich das Begriffe IrDA Standard zur optischen Datenübertragung mit Infrarotlicht meist über kurze Strecken in Laptops und Fernbedienungen Spezifiziert wird er von der 1993 gegründeten und ebenfalls mit IrDA abgekürzten Infrared Data Association IrDA ITU-T Gremium für Standardisierung der Internationalen Fernmeldeunion ITU Wave1 2 Erste und zweite Generation von Chipsätzen entsprechend des Ghn-Standards mit 100 bzw 200 MHz Bandbreite Die theoretische Brutto-Datenrate beträgt 1 Gbit s bzw 2 Gbit s Bild 2 Oben Konzept zur Anbindung kleiner 5G Mobilfunkzellen mit LiFi Unten Versuchsaufbau zwischen dem Haupthaus des Fraunhofer HHI und dem Gebäude der TU Berlin Bild Fraunhofer HHI