Daten mit UV-C Bei 30 cm Sichtverbindung 1,5 Gbit/s übertragen

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Ein Team aus Berlin, Glasgow und Cambridge hat eine optische Funkverbindung mit Fern-UV-C-LEDs demonstriert. Dabei gelang eine 1,5-Gbit/s-Übertragung über eine Sichtverbindung von 30 cm. Nach Angaben der Teams ist das eine Rekorddatenrate für drahtlose optische Übertragung bei Wellenlängen unter 235 nm.

Forscher des Ferdinand-Braun-Instituts (FBH), der University of Strathclyde und der University of Cambridge haben mit Fern-UV-C-Mikro-LEDs Daten mit bis zu 1,5 Gbit/s übertragen. Die LEDs emittieren Licht bei Wellenlängen unter 235 nm. Der Versuch gelang über eine 30 cm lange Sichtverbindung und bei normaler Raumbeleuchtung. Laut FBH ist dies eine Rekorddatenrate für drahtlose optische Kommunikation in diesem Spektralbereich.

Hohe optische Leistung und schnelle Modulation

Der technische Ansatz sieht eine Begrenzung der LEDs als Sender vor. Die Modulationsbandbreite wird unter anderem durch die Sperrschichtkapazität begrenzt. Aus diesem Grund wurde die leuchtende Fläche in kleinere Segmente aufgeteilt. Dies führt zu einer Reduzierung der Kapazität der einzelnen Bereiche und ermöglicht eine schnellere Modulation. Für die Übertragung wurde optisches OFDM mit adaptiver Bit- und Leistungszuweisung genutzt. Eine Avalanche-Photodiode erfasste das UV-Signal auf der Empfangsseite.

„Wir haben unsere LEDs für die optische Kommunikation in diesem Spektralbereich optimiert“, sagt Dr. Jan Ruschel, Wissenschaftler am Ferdinand-Braun-Institut, Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik (FBH). „Sie liefern eine im internationalen Vergleich hohe optische Leistung und lassen sich besonders schnell modulieren. Damit eignen sie sich für den optischen Datenaustausch in geschlossenen Räumen ebenso wie im Freien.“

Auf kurzer Strecke und bei direkter Sichtverbindung wurde eine Datenübertragungsrate von 1,5 Gbit/s erreicht. Der Versuch erbringt daher noch keinen Nachweis für eine vergleichbare Datenrate über größere Entfernungen oder in einem praktischen Kommunikationssystem. Darüber hinaus sind für eine erfolgreiche Anwendung noch einige Punkte zu klären, darunter die Reichweite, die Ausrichtung, die Energieeffizienz und die Integration von Sender und Empfänger.

In Bezug auf die Sicherheit ist es wichtig zu beachten, dass Fern-UV-C-Licht nicht mit sichtbarem Licht gleichzusetzen ist. Es liegen derzeit keine Beweise für die Unschädlichkeit der Anwendung vor. Aus Expositions- und Sicherheitsgründen ist eine Bewertung der optischen Datenverbindung mit solchen Wellenlängen unerlässlich.

Übertragung ohne direkte Sichtverbindung

Fern-UV-C könnte einen möglichen Vorteil bieten, wenn Sender und Empfänger nicht direkt aufeinander ausgerichtet sind. Luftmoleküle streuen kurzwelliges Licht stärker als langwelliges. Nach dem Rayleigh-Modell nimmt die Streuung mit kürzerer Wellenlänge deutlich zu. Ein Teil des Signals könnte so über Streupfade einen Empfänger erreichen, dessen direkte Sichtlinie unterbrochen ist. Die Zuverlässigkeit von Non-Line-of-Sight-Verbindungen ist jedoch noch nicht bestätigt. Es ist bekannt, dass Streuung das direkte Signal schwächt und die Reichweite sowie der Empfang von der Geometrie und den Umgebungsbedingungen abhängen.

Die Forscher möchten deshalb untersuchen, wie sich Fern-UV-C-Kommunikation über größere Distanzen und ohne direkte Sichtverbindung nutzen lässt. Jan Ruschel betont die Bedeutung der praxistauglichen Datenrate als entscheidender erster Schritt. „Im nächsten Schritt werden wir untersuchen, über welche Distanzen und unter welchen Umgebungsbedingungen sich Fern-UVC-Kommunikation tatsächlich einsetzen lässt und vor allem ohne direkte Sichtverbindung.“

Daten per Licht übertragen ist nicht neu

Die optische Datenübertragung mit Licht ist kein neues Prinzip. Die ELEKTRONIKPRAXIS hat über den Li-Fi TinySpot des Fraunhofer IPMS berichtet. Dort liegt der Schwerpunkt auf einem energiearmen Kurzstreckenlink: Bei einem Betriebspunkt mit rund 25 cm Reichweite beträgt die elektrische Leistungsaufnahme 5 mW.

Die Demonstration des FBH setzt einen anderen Akzent. Im Rahmen des Labortests wurde eine Übertragungsrate von bis zu 1,5 Gbit/s für Fern-UV-C-Mikro-LEDs bei einer Sichtdistanz von 30 cm erreicht. Allerdings sind die Werte nicht direkt vergleichbar. Der TinySpot ist auf einen niedrigen Energiebedarf ausgelegt, während die FBH-Arbeit die Datenübertragung mit schnell modulierbaren, segmentierten UV-Emittern untersucht. (heh)

Datenübertragung per Licht

Leistung von 5 mW bei einer Reichweite von rund 25 cm

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