Wie draadloze communicatie hoort, denkt aan wifi. Als het van commerciële spelers als Signify afhangt, denk je binnenkort ook aan LiFi, oftewel Light Fidelity. Deze technologie maakt slim gebruik van lichtgolven.
Toon van Daele
 |
|
| LiFi: draadloos communiceren door het moduleren van lichtgolven |
Als je met je zaklamp drie kort, drie keer lang en weer drie keer kort knippert, dan weet de ontvanger dat je in nood bent. Tenminste, als hij met morsecode overweg kan, want binnen dit systeem is afgesproken dat drie korte signalen een S aangeven en drie lange signalen een O: SOS dus. Er is hier dus sprake van modulatie van lichtsignalen en dat zien we bijvoorbeeld ook bij glasvezelkabel. Alleen gebeurt het moduleren in zo’n kabel tig keer sneller en ook over lange afstanden.
Nu heeft Harald Haas, een Duitse professor verbonden aan de universiteit van Edinburgh, zo’n decennium geleden al ontdekt dat je via lichtmodulatie van ledlampen ook draadloos kunt communiceren. Zijn ‘TED Talks’ op youtube. com/watch?v=NaoSp4NpkGg en youtube.com/ watch?v=iHWIZsIBj3Q zijn zeker interessant en ook toegankelijk.
 |
|
Professor Haas toont hoe een led-lamp (via een transceiver) de digitale signalen van een streaming video omzet in gemoduleerde lichtsignalen, die door zonnecellen worden opgevangen en vervolgens als digitale signalen naar een laptop worden doorgestuurd Professor Haas toont hoe een led-lamp (via een transceiver) de digitale signalen van een streaming video omzet in gemoduleerde lichtsignalen, die door zonnecellen worden opgevangen en vervolgens als digitale signalen naar een laptop worden doorgestuurd (TED Talk, 2016) |
LICHT VERSUS RADIO
Zoals je wellicht weet, wordt draadloos internet mogelijk gemaakt door het moduleren van radiogolven (zie het kader ‘Radiogolven’). Deze tref je helaas maar in een beperkt deel, oftewel frequentieband, van het elektromagnetische spectrum aan. Bovendien wordt deze band voor allerlei toepassingen gebruikt. Denk naast wifi bijvoorbeeld ook aan 4G en 5G, bluetooth, radar, enzovoort. Dit zorgt ervoor dat vrije frequenties schaars zijn. Dat heb je misschien zelf al eens ondervonden wanneer het draadloze netwerk van je buren je eigen wifi signalen verstoort.
LiFi maakt zoals gezegd gebruik van het moduleren van lichtgolven. Om het preciezer uit te drukken: van het zichtbare lichtspectrum en ook wel van infrarood, en dus niet van de schadelijke frequenties voor uv-licht, x- en gammastraling. Maar dan nog blijkt de bandbreedte vele honderden keren groter dan bij radiogolven. Bovendien is dit deel van het spectrum ongereguleerd en zijn er wat dit betreft geen vergunningen vereist.
 |
| Het elektromagnetische spectrum (de getekende golfvariatie is in werkelijkheid veel groter) |
MOGELIJKE VOORDELEN
LiFi kent nog wel een paar andere voordelen, zoals op het gebied van veiligheid. Immers, zichtbaar licht kan niet door solide muren heen, in tegenstelling tot wifi waarbij radiosignalen met krachtige ontvangers ook op redelijke afstand nog (heimelijk) op te vangen zijn, vooral bij lagere frequentiebanden. Tegelijk is dit ook wel een nadeel als je LiFi in meerdere ruimtes wilt gebruiken, omdat je in dat geval normaalgesproken meer zenders nodig hebt (minimaal één per ruimte). LiFi maakt bovendien bijna onmiddellijke verbindingen mogelijk met nauwelijks vertraging. In de praktijk blijken de latentietijden beperkt tot minder dan 2 milliseconden, wat bijvoorbeeld prettig is tijdens het gamen.
Verder tonen allerlei experimenten aan dat LiFi ook erg hoge snelheden kan neerzetten, tot wel 200 Gbps of meer. In de praktijk loopt het helaas zo’n vaart nog niet, maar er zijn wel al commerciële producten die 1 Gbps halen, althans bij point-to-point-opstellingen, waarbij de zender exact is gericht op de ontvanger. Dit is bijvoorbeeld het geval bij bepaalde Internet of Things-apparatuur. De snelheid bij gewone opstellingen, waarbij een groter dekkingsgebied belangrijk is, ligt nu nog een heel stuk lager, in de buurt van 220 Mbps downlink en 160 Mbps uplink. Producenten van LiFi benadrukken bovendien dat het gebruik van het zichtbare lichtspectrum geen nadelige gezondheidseff ecten heeft, of in elk geval minder dan het uitzenden van radio golven, maar dit valt nog te bewijzen. Dit neemt niet weg dat LiFi wordt gepromoot als een uitstekend alternatief in onder meer scholen en ziekenhuizen. Voor deze laatste trouwens ook omdat wifi-radiosignalen wel eens dreigen te interfereren met allerlei andere apparatuur, wat bij LiFi niet het geval is. Om die reden hebben luchtvaartmaatschappijen er ook wel oren naar.
RadiogolvenOm de werking van LiFi beter te begrijpen, bekijken we kort hoe wifi werkt. Om de werking van LiFi beter te begrijpen, bekijken we kort hoe wifi werkt. Wifi, oftewel draadloos internet, werkt weliswaar met radiogolven en LiFi met lichtgolven, maar in beide gevallen gaat het in essentie om het moduleren van elektromagnetische golven. Simpele modulatievormen: |
Bij wifi worden veel complexere OPZET
De technologie is dus veelbelovend, maar wat heb je nu eigenlijk nodig om zo’n LiFi-systeem op te zetten? Met een ledlamp alleen kom je er natuurlijk niet. Je moet je lichtbron namelijk op een of andere manier zien te verbinden met je thuisnetwerk en internet, en anderzijds moet bijvoorbeeld je laptop het gemoduleerde licht van de lichtbron kunnen opvangen en verwerken. Je voelt het al aankomen: je hebt aan beide ‘zijden’ van de lichtbron apparatuur nodig.
Zo’n opstelling kan er als volgt uitzien: je verbindt een LiFi(-controller en) -transceiver via een ethernetkabel met je netwerk. Deze is verbonden met de lichtbron en laat het led-licht op de juiste frequenties knipperen. Dat gebeurt zo snel en meestal binnen een specifiek lichtspectrum, dat dit niet met het blote oog merkbaar is. Dit geknipper zou trouwens geen nadelige invloed op de levensduur van de lamp hebben. Het kan zelfs geheel binnen het infrarode spectrum gebeuren, wat ervoor zorgt dat er geen zichtbaar licht nodig is en je bijvoorbeeld de lampen in de ruimte in dit geval mag dimmen.
 |
| Een vereenvoudigde LiFi-opzet met led en LiFi-ontvanger(s) |
Op je laptop heb je dan logischerwijze een ontvanger nodig en dit is doorgaans een access key oftewel dongle met een fotoreceptor - hoewel men inmiddels ook hard werkt aan beter geïntegreerde alternatieven. Deze ontvanger dient tevens de nodige intelligentie te bevatten om de signalen te kunnen versterken, te demoduleren en door te sturen. Meestal bevat die ontvanger ook een optische filter om licht uit te filteren dat niet van de transceivers afkomstig is.
Om bi-directionele communicatie mogelijk te maken, bevat zo’n dongle bovendien een infraroodzender waarvan de lichtgolven door de transceiver worden opgevangen en verwerkt.
ZAKELIJKE MARKT
Er zijn verschillende fabrikanten van LiFi-producten, waaronder het Franse OLedcomm, het Amerikaanse VLNComm, het Schotse pureLiFi (een spin-off van de universiteit van Edinburgh en mede opgericht door Harald Haas) en Signify (het vroegere Philips Lighting).
Voordat je nu echter naar de winkel holt voor je persoonlijke LiFi-transceiver en dongle: op dit moment zijn er eigenlijk nog geen producten voor thuisgebruik beschikbaar.
Voor de zakelijke markt daarentegen zijn die er al wel. In de productlijn van Signify bijvoorbeeld tref je onder meer het Trulifi 6002-systeem aan, waarbij de transceivers zich volgens Mark Gunther, segmentmanager bij Signify, zich ook makkelijk in bestaande Signify-armaturen laten integreren. Esthetisch gezien is dit wellicht ook wenselijker. Verder is er bijvoorbeeld nog Trulifi 6014, maar dit systeem is specifiek bedoeld voor point-to-point-verbindingen.
 |
| Een Trulify 6002 plug-in transceiver |
VERDERE ONTWIKKELING
Net als bij wifi is standaardisering ook bij LiFi van groot belang en diverse producenten hebben zich daarom verenigd in een taakgroep (IEEE 802.11bb) om LiFi onderdeel van de 802.11-standaard uit te laten maken. Dat moet de weg vrijmaken om de technologie netjes in diverse chipsets te kunnen integreren. Op deze manier hoopt men LiFi sneller tot de (consumenten)markt te laten doordringen. Het is natuurlijk de vraag wanneer en in hoeverre dit precies zal gebeuren. Een deel van de LiFi-infrastructuur is er weliswaar al - led-verlichting vind je tegenwoordig zowat overal, van kantoren en huiskamers tot autolampen en straatverlichting - en voor bepaalde (eenrichtings)transmissies kunnen wellicht ook bestaande zonnecellen en -panelen worden ingezet. Maar je hebt natuurlijk ook apparatuur als transceivers en ontvangers nodig en vooralsnog laten die zich nog niet zo makkelijk implementeren.
De kans dat LiFi de wifitechnologie uiteindelijk gaat verdringen, lijkt ons niet zo groot, ook al omdat het lichtsignaal zoals gezegd niet door muren heen kan en het bereik in de praktijk dus vaak beperkt is. Anderzijds zijn er voldoende voordelen, zoals een indrukwekkend spectrum en snelheidspotentieel, die LiFi meer dan zinvol maken als aanvulling op technieken als wifi en 5G. LiFi heeft dus zeker toekomst.
