LiFi (Light Fidelity) ist eine hochmoderne drahtlose Kommunikationstechnologie, die zur Datenübertragung Lichtwellen anstelle von Funkwellen nutzt. Diese Innovation nutzt das sichtbare Lichtspektrum, das von LED-Leuchten ausgestrahlt wird, um ultraschnelle, sichere Netzwerke mit hoher Bandbreite zu schaffen. Durch die Modulation der Lichtintensität - die für das menschliche Auge nicht wahrnehmbar ist - liefert LiFi Daten mit einer Geschwindigkeit, die weit über der von herkömmlichem Wi-Fi liegt, und reduziert gleichzeitig Störungen in Umgebungen mit vielen elektronischen Geräten. Es eröffnet auch neue Möglichkeiten für Umgebungen, in denen Funkwellen unpraktisch oder unsicher sind, wie z. B. in Krankenhäusern und Flugzeugen. LiFi ist ein Beispiel für die Kraft des Querdenkens in der Technologie, indem es alltägliche Lichtquellen in Datenautobahnen verwandelt und das Medium, über das wir in einer vernetzten Welt kommunizieren, neu definiert.

Durch die Modulation der Intensität von LED-Glühbirnen mit Geschwindigkeiten, die für das menschliche Auge nicht wahrnehmbar sind, kann LiFi bemerkenswerte Datenübertragungsraten erreichen, die unter Laborbedingungen bis zu 100 Gbps erreichen und damit die Möglichkeiten des herkömmlichen Wi-Fi weit übertreffen. In praktischen Anwendungen sind Geschwindigkeiten im Bereich von mehreren Gigabit pro Sekunde erreichbar, mit dem zusätzlichen Vorteil, dass elektromagnetische Störungen reduziert werden, was LiFi ideal für Umgebungen wie Krankenhäuser oder Flugzeuge macht. Die Latenzzeit, ein entscheidender Faktor für die Echtzeitkommunikation, ist außerordentlich niedrig - oft im Mikrosekundenbereich - da Licht Daten mit nahezu augenblicklicher Geschwindigkeit übertragen kann, was eine schnelle Reaktionsfähigkeit gewährleistet. Der Jitter, die Schwankung der Ankunftszeiten von Paketen, ist ebenfalls minimal, was LiFi zu einem äußerst stabilen und zuverlässigen Medium für Anwendungen macht, die Präzision und Konsistenz erfordern.

Wie jedes Signal unterliegt auch die lichtbasierte Kommunikation der Dämpfung und Interferenz, und die Stärke des Signals - und damit die erreichbare Datenrate - nimmt mit der Entfernung ab. LiFi-Systeme haben rasante Geschwindigkeiten bewiesen. In Labortests wurden bei kurzen Entfernungen, in der Regel weniger als ein paar Meter, Datenraten von über 100 Gbit/s erreicht. Mit zunehmender Entfernung zwischen Lichtquelle und Empfänger nimmt jedoch die Lichtintensität ab, wodurch der maximal mögliche Datendurchsatz sinkt. Bei Entfernungen von mehr als 10 Metern können die Geschwindigkeiten erheblich sinken und oft nur noch einige hundert Mbit/s betragen, insbesondere in realen Umgebungen, in denen Hindernisse, Störungen durch das Umgebungslicht und das Erfordernis der Sichtverbindung die Leistung weiter beeinträchtigen können. Dies macht LiFi zu einem idealen Kandidaten für die Hochgeschwindigkeitskommunikation über kurze Entfernungen, z. B. innerhalb eines einzelnen Raums, aber weniger praktisch für breitere Anwendungen mit größeren Entfernungen ohne ausgeklügelte Signalverstärkung oder Relaissysteme. Das Zusammenspiel zwischen Entfernung und Geschwindigkeit bei LiFi unterstreicht die grundlegenden physikalischen Grenzen der Datenübertragung, auch wenn die lichtbasierte Kommunikation die Grenzen der drahtlosen Technologie erweitert.

LiFi arbeitet auf mehreren Ebenen des OSI-Modells, in erster Linie auf Ebene 1 (Physical) und Ebene 2 (Data Link), aber auch auf Ebene 3 (Network). Auf Schicht 1 nutzt LiFi sichtbares Licht für die Datenübertragung, typischerweise durch LED-Glühbirnen, und wandelt Lichtsignale in binäre Daten um. Dies macht es zu einer Alternative zur traditionellen, auf Funkfrequenzen basierenden drahtlosen Kommunikation, mit dem Potenzial für extrem hohe Datenraten, dank der größeren Bandbreite, die im Lichtspektrum verfügbar ist. Schicht 2 verwaltet das Framing, die Fehlerkorrektur und die Kanalzugriffsprotokolle, die erforderlich sind, um eine zuverlässige Kommunikation in einer dynamischen Umgebung zu gewährleisten, in der Lichtsignale unterbrochen oder verändert werden können. Schicht 3 kommt bei der Integration von LiFi in IP-Netzwerke ins Spiel, um die Kompatibilität mit der breiteren Internet-Infrastruktur zu gewährleisten. Die primären Standards, die LiFi definieren, sind in IEEE 802.11bb umrissen, einer neueren Anpassung der Wi-Fi-Standards für lichtbasierte Kommunikation. Dieser Standard basiert auf der etablierten IEEE 802.11-Familie, die auch für Wi-Fi gilt, und passt diese Protokolle an die einzigartigen Eigenschaften der Übertragung von sichtbarem Licht an.

LiFi erobert sich eine Nische in Branchen, in denen herkömmliche drahtlose Technologien wie Wi-Fi und Mobilfunknetze an ihre Grenzen stoßen, und bietet durch die Verwendung von sichtbarem Licht zur Kommunikation einzigartige Vorteile. Ein prominenter Anwendungsfall ist das Gesundheitswesen, wo LiFi in Krankenhäusern aufgrund seiner Unempfindlichkeit gegenüber elektromagnetischen Störungen eingesetzt wird - eine entscheidende Eigenschaft in Umgebungen, in denen Funkwellen empfindliche medizinische Geräte stören könnten. Die Sektoren Verteidigung und Luft- und Raumfahrt nutzen auch die Sicherheitsvorteile von LiFi, da die lichtbasierte Kommunikation auf bestimmte Räume beschränkt ist, was das Risiko des Abhörens von außen verringert - ein Problem, das bei funkbasierten Systemen besteht. LiFi gewinnt an Zugkraft im Bildungswesen und in Büros, wo seine schnelle, lokalisierte Datenübertragung die Leistung von bandbreitenintensiven Anwendungen wie Videokonferenzen und virtuelle Realität verbessert. Im Transportwesen wird LiFi für die Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation getestet und bietet einen ultraschnellen Datenaustausch für Sicherheitssysteme in autonomen Autos, während es im Einzelhandel für die Navigation in Innenräumen und Echtzeit-Produktinformationen über Leuchtdisplays eingesetzt wird. Die Technologie stützt sich auf spezielle Komponenten: LED-Glühbirnen, die gleichzeitig als Datensender fungieren, Photodetektoren, die die Lichtsignale empfangen und interpretieren, sowie Modems oder Transceiver, die den optischen Datenstrom mit herkömmlichen Netzen verbinden. LiFi lässt sich daher problemlos in Geräte von Smartphones und Laptops bis hin zu IoT-Systemen integrieren und bietet eine flexible, schnelle und sichere Alternative zur Hochfrequenzkommunikation in speziellen Umgebungen.

Vor dem Aufkommen von LiFi wurde die drahtlose Kommunikation von Hochfrequenztechnologien wie Wi-Fi, Bluetooth und Mobilfunknetzen dominiert. Diese Technologien sind zwar für den allgemeinen Gebrauch geeignet, werden aber durch Bandbreitenbeschränkungen, Störanfälligkeit und Sicherheitslücken eingeschränkt, insbesondere in Umgebungen, in denen eine schnelle, latenzarme oder sichere Datenübertragung wichtig ist, wie z. B. in Krankenhäusern, Flugzeugen oder belebten städtischen Gebieten. Wi-Fi hat trotz seiner Allgegenwärtigkeit mit Überlastungen in dicht besiedelten Gebieten zu kämpfen, während Bluetooth und Mobilfunknetze zwar für Kurzstrecken- oder mobile Anwendungen nützlich sind, aber oft nicht die Art von Hochgeschwindigkeitsdatenübertragung mit hoher Kapazität bieten, die für moderne, datenhungrige Anwendungen erforderlich ist.
LiFi hingegen nutzt sichtbares Licht zur Datenübertragung und bietet mehrere Vorteile gegenüber herkömmlichen drahtlosen Systemen. Da Licht ein viel breiteres Spektrum als Radiowellen hat, kann LiFi Daten mit einer bis zu 100-mal höheren Geschwindigkeit als Wi-Fi übertragen und vermeidet gleichzeitig das überfüllte Radiofrequenzspektrum. Dies macht LiFi ideal für Umgebungen, in denen HF-Interferenzen ein Problem darstellen oder in denen Sicherheit an erster Stelle steht, da lichtbasierte Kommunikation von Natur aus sicherer ist - ihre Signale sind auf einen bestimmten Bereich beschränkt und können im Gegensatz zu Funkwellen keine Wände durchdringen. Da LiFi zudem die bestehende LED-Beleuchtungsinfrastruktur nutzt, kann es nahtlos in Umgebungen wie Büros, Wohnungen und öffentliche Räume integriert werden, ohne dass zusätzliche Hardware erforderlich ist.
Die Vorteile von LiFi sind tiefgreifend: Es bietet eine ultraschnelle Kommunikation mit hoher Kapazität, eliminiert RF-Interferenzen und verbessert die Sicherheit durch die Sichtlinienbeschränkung. Durch die Nutzung der Infrastruktur der Alltagsbeleuchtung kann LiFi eine zuverlässige Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung in Umgebungen ermöglichen, in denen herkömmliche drahtlose Systeme entweder überlastet oder unzureichend sind. Im Wesentlichen verbessert LiFi seine Vorgänger, indem es eine schnellere, sicherere und störungsfreie Kommunikation bietet, was es zu einer transformativen Technologie für Anwendungen macht, die sowohl Leistung als auch Sicherheit erfordern, von intelligenten Gebäuden über medizinische Einrichtungen bis hin zu Flugzeugkabinen.

Aktuelle Markttrends führen zu einem starken Interesse an LiFi, da herkömmliche drahtlose Kommunikationstechnologien wie Wi-Fi mit den steigenden Anforderungen an Geschwindigkeit, Sicherheit und Bandbreite nicht mithalten können. Die explosionsartige Zunahme intelligenter Geräte in Verbindung mit der Ausweitung des Internets der Dinge (IoT) hat einen beispiellosen Druck auf das Funkfrequenzspektrum ausgeübt, das zunehmend überfüllt und anfällig für Störungen ist. LiFi, das Daten durch sichtbares Licht überträgt, bietet eine leistungsstarke Alternative, indem es ein ungenutztes Spektrum mit weitaus größerer Kapazität anzapft. Da Unternehmen und Verbraucher auf schnellere, sicherere und störungsfreie Konnektivität drängen, gewinnt die Fähigkeit von LiFi, Daten mit ultraschneller Geschwindigkeit und hoher Zuverlässigkeit zu übertragen, zunehmend an Bedeutung. Darüber hinaus haben Markttrends, die energieeffiziente Lösungen begünstigen, die Verbreitung von LiFi beschleunigt, da es nahtlos in bestehende LED-Beleuchtungssysteme integriert werden kann und somit den Bedarf an zusätzlicher Infrastruktur reduziert. Da im digitalen Zeitalter immer mehr Wert auf Privatsphäre und Sicherheit gelegt wird, gilt die Sichtverbindung von LiFi als Sicherheitsvorteil, da Lichtsignale keine Wände durchdringen können und somit einen natürlichen Schutz vor Abhörmaßnahmen bieten. Mit der Konvergenz dieser Trends - angetrieben durch die Anforderungen von Smart Cities, 5G und Netzwerken der nächsten Generation - wird LiFi zunehmend als ergänzende Technologie zu Wi-Fi positioniert und ist bereit, die Zukunft der drahtlosen Kommunikation neu zu definieren.

Die einzigartige Abhängigkeit von Licht als Übertragungsmedium prägt die unterstützten Netzwerktopologien und ermöglicht eine Vielzahl von Konfigurationen wie Punkt-zu-Punkt, Stern und Mesh. In einer Punkt-zu-Punkt-Konfiguration kann LiFi Daten direkt zwischen zwei Geräten übertragen, was ideal für eine sichere Kommunikation mit hoher Bandbreite ist. Bei einer Sterntopologie, die häufig in Innenräumen verwendet wird, fungieren mehrere LiFi-fähige Lichtquellen als Zugangspunkte, von denen jeder Daten an die darunter angeschlossenen Geräte sendet, ähnlich wie Wi-Fi-Zugangspunkte, jedoch mit dem zusätzlichen Vorteil einer lokalisierten, störungsfreien Kommunikation. Darüber hinaus kann durch die Verknüpfung mehrerer LiFi-Sender ein Mesh-Netzwerk geschaffen werden, das die Abdeckung auf große Bereiche ausdehnt und nahtlose Übergaben ermöglicht, wenn sich Benutzer zwischen den Lichtzonen bewegen. Die Abhängigkeit von LiFi von der Sichtverbindung bringt einige physikalische Einschränkungen mit sich, eröffnet aber auch neue Möglichkeiten für das Netzwerkdesign, indem es Hochgeschwindigkeitsverbindungen mit geringer Latenz in Umgebungen bietet, in denen Funksignale schwierig zu empfangen sind, wie zum Beispiel in dicht besiedelten städtischen Gebieten oder in elektromagnetisch empfindlichen Umgebungen wie Krankenhäusern. Durch die Integration von Licht in die Vernetzung eröffnet LiFi eine bisher wenig erforschte Topologie, in der die Beleuchtung als unsichtbares Kommunikationsnetz fungiert.