VLC-Systeme: Eine Chance für das Internet der Dinge?

Ein internationales Forscherteam hat ein System entwickelt, das sich mit „Visible Light Communication (VLC)“, also der Kommunikation mit sichtbarem Licht beschäftigt. Die Methode kann unter Verwendung eines neuen OLED-Typs 2,2 MB/s erreichen. An dem Projekt sind akademische Institutionen und Forschungseinrichtungen aus Großbritannien, Polen und Italien beteiligt. Geht es nach den Wissenschaftlern, hat diese neue Art der Kommunikation das Potenzial, die Konnektivität des Internets der Dinge (IoT) entscheidend zu verändern.

VLC-Systeme beruhen auf der Modulation optischer Intensität und nutzen moduliertes Licht als Datenträger. Sie gelten als Alternative zu drahtlosen Netzwerken, die auf Funkfrequenzen basieren. Behindert werden sie allerdings, wenn das sichtbare Licht ein undurchsichtiges Medium nicht ausreichend durchdringen kann. Doch das Forscherteam hat dafür eine Lösung gefunden: Sie besteht darin, den Betrieb des Kommunikationssystems auszuweiten – auf den „fast (un)sichtbaren“ Bereich des nahen Infrarots (NIR, 700-1000 nm) unter Verwendung eines neuen OLED-Typs.

VLC-Verbindungen mit herkömmlichen OLEDS haben Datenübertragungsraten, die für den allgemeinen Gebrauch nicht sehr attraktiv sind. In einem Artikel in der Zeitschrift Nature erläutern die Forscher, dass sie mithilfe von Entzerrungs- und Multiplexing-Algorithmen durch Wellenlängenaufteilung Geschwindigkeiten von mehr als 10 MB/s erreichen können.

Im Vergleich dazu können VLC-Netzwerke, die einige spezielle LED-Typen verwenden, 35 GB/s erreichen. Sie bieten damit eine hohe Leistung und eine große Bandbreite. Diese Eigenschaften machen die LEDs interessant für die Integration in Dual-Purpose-Leuchten, die sowohl Licht als auch Datenübertragung bieten können. Dennoch haben LEDs einen Nachteil: Sie bestehen aus Metallen und sind somit schwer zu recyceln. Bei großflächigem Einsatz führt dies zu Umweltschäden – ein Problem auch bei zukünftigen IoT-Anwendungen.

Ideal für das IoT und andere Anwendungen

Die Universität Newcastle entwickelte OLEDs, die eine Leistung von 2,2 MB/s garantieren. Dies reicht laut der Forschungsgruppe für viele Anwendungen aus. Die VLC-Verbindungen, die auf dem neuen OLED-Typ basieren, haben viele für IoT-Anwendungen interessante Eigenschaften: Sie bieten neben ausreichend Geschwindigkeit und Bandbreite auch eine angemessene Sicherheit. Diese entsteht dadurch, dass Wände, Böden und Dächer Hindernisse für die Wellenlängen darstellen, mit denen dieser OLED-Typ arbeitet. Auf diese Weise wird der Datentransport besser vor dem Abhören geschützt. Ein weiterer Vorteil ist, dass Anbieter von IoT-Systemen diese OLEDs in Leuchten oder sogar Display-Technologien mit kommunikationsfähigen einzelnen Pixeln einbauen können.

Die NIR-emittierenden Geräte werden in verschiedenen Bereichen eingesetzt. So kommen sie unter anderem in der Sicherheitstechnik, der Bio-Detektion, bei photodynamischen bzw. photothermischen Therapien und in anderen Gebieten zum Einsatz, in denen die Semitransparenz von biologischem Gewebe erforscht wird. Zudem können implantierbare oder am Körper getragene Biosensoren zur Überwachung menschlicher Vitalfunktionen eingesetzt werden. Sie dienen zudem der Kommunikation mit anderen Geräten über drahtlose Netzwerke.

Darüber hinaus handelt es sich um eine nachhaltige Lösung, denn OLEDs werden aus metallfreien organischen Materialien hergestellt.

Schnelles Wachstum – wenn auch nicht in Lichtgeschwindigkeit

Im Jahr 2020 wurde der Markt für die Kommunikation mit sichtbarem Licht auf 24,01 Milliarden US-Dollar geschätzt. Laut einer Studie von Mordor Intelligence wird er im Zeitraum von 2021 bis 2026 auf 1,5 Billionen US-Dollar anwachsen – mit einer durchschnittlichen Wachstumsrate von 101 % jährlich.

Die zunehmende Präsenz von LED/OLED treibt die Branche – die sich nach wie vor in der Entwicklung befindet und noch mit Prototypen arbeitet – in fast allen Signal- und Beleuchtungssystemen voran. Die weltweite LED-Durchdringung auf dem Beleuchtungsmarkt wurde im Jahr 2020 auf 61 % geschätzt.

Ein weiterer wichtiger Treiber für VLC ist das erwartete Defizit im Funkfrequenzspektrum für neue drahtlose Anwendungen. In diesem Zusammenhang bilden VLC-Netzwerke zukünftig vermutlich ein wichtiges Standbein.

Nach wie vor sind die Forschungen in der VLC-Branche in Komponenten- und Übertragungstypen, Anwendungen und geografische Regionen unterteilt. Die nachfolgende Karte zeigt das VLC-Wachstum weltweit nach Regionen.