VLC (visible light communication)

Visible Light Communication (VLC) ist eine Drahtlos-Übertragungstechnik bei der sichtbares Licht mit dem Datensignal moduliert wird. Diese Technik wird auch als Light Fidelity (LiFi) bezeichnet. Generell werden Lichtmodulationen in der optischen Übertragungstechnik und auch in Infrarot-LANs eingesetzt. In beiden Fällen ist es nicht sichtbares Licht von Leuchtdioden (LED) bzw. Infrarot-LEDs (IR-LED), das moduliert wird. Anders ist es beim VLC-Verfahren, das mit sichtbarem Licht mit Wellenlängen zwischen 375 nm und 780 nm arbeitet: mit Licht von LED-Leuchten.


Aufbau einer VLC-Datenstrecke

Konzeptionell besteht die Visible Light Communication aus der Sendeeinrichtung, beispielsweise einer Leuchtdiode, und einer Empfangseinrichtung, beispielsweise einer Fotodiode. Der VLC-Transmitter ist stationär und gleichzeitig die LED-Beleuchtung für den Raum oder das Büro. Die Empfangsstationen, die VLC-Receiver, können stationär oder mobil sein.

Prinzip des Visible 
   Light Communication (VLC)

Prinzip des Visible Light Communication (VLC)

Mit der VLC-Technik wird funktional die Bitübertragungsschicht realisiert. Auf dieser Schicht lassen sich alle Protokolle übertragen. Für die Datenübertragung werden die Daten eines Servers im VLC-Transmitter in das entsprechende Protokoll umgesetzt und in Lichtsignale moduliert. Dafür können die Signale in Pulsphasenmodulation (PPM), Non Return to Zero (NRZ) in Kombination mit der On-Off-Umtastung (OOK) oder einem anderen Verfahren umgetastet werden. Empfangsseitig werden die modulierten Lichtsignale in einer Fotodiode oder einem Fototransistor in Spannungssignale umgesetzt und verstärkt. Da Lichtimpulse von weißen LEDs unterschiedliche Abklingzeiten für die Fluoreszenz und Phosphoreszenz haben, filtert man die längere Phosphoreszenz des blauen Phosphors aus.

Entscheidend für den Empfangsbereich ist der Ausstrahlbereich des Beleuchtungsmoduls. Er hat eine starke Winkelabhängigkeit, die vom Field of View (FoV), dem Ausstrahlbereich, bestimmt wird. Nur dann, wenn eine Sichtverbindung (LOS) zwischen VLC-Transmitter und -Receiver besteht und wenn sich der VLC-Receiver im Field of View befindet, können Daten übertragen werden. Sobald die Sichtverbindung unterbrochen ist, findet keine Übertragung statt. Die Datenraten können bis zu 1 Gbit/s erreichen. Mit Wellenlängenmultiplex sind auch Datenraten von bis zu 3 Gbit/s möglich. Dabei werden drei Leuchtdioden mit den Grundfarben Rot, Grün und Blau unabhängig voneinander moduliert, über den VLC-Kanal übertragen und empfangsseitig von einem optischen Filter wieder in die Einzelfarben zerlegt und demoduliert.

Das Heinrich-Hertz-Institut (HHI) in Berlin hat 2011 im Labor Datenraten von 800 Mbit/s über Entfernungen von einigen Metern über Sichtverbindungen (LOS) erreicht. Zwischenzeitlich werden Datenraten von 3 Gbit/s realisiert. Über größere Entfernungen von über einem Kilometer konnten Datenraten von einigen Megabit pro Sekunde realisiert werden.

Einsatzbereiche für die VLC-Technik

Die VLC-Technik wird in der IEEE-Arbeitsgruppe 802.15.7 behandelt und standardisiert. Eingesetzt werden kann die VLC-Übertragung überall dort, wo WLANs nicht eingesetzt werden können, darüber hinaus in Flugzeugen, Krankenhäusern, in Kongresssälen für die Simultanübersetzung in verschiedene Sprachen, in der Produktion, der Verkehrstechnik und im Home Networking für die Übertragung von multimedialen Inhalten, von Musik und Fernsehen. Das VLC-Konzept kann gut mit Powerline kombiniert werden, weil dadurch auch andere Räume mit einbezogen werden können und die Einschränkung durch Sichtverbindung umgangen werden.

Informationen zum Artikel
Deutsch: VLC-Technik
Englisch: visible light communication - VLC
Veröffentlicht: 26.07.2016
Wörter: 497
Tags: #Home-Networking
Links: Abklingzeit, Bitübertragungsschicht, Blau, Daten, Datenrate