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« Drahtlose Datenübertragung mit LED-Licht »
Die drahtlose Kommunikation über WLAN ermöglicht viele komfortable Funktionen, auf die heute niemand mehr verzichten möchte. Dabei wird sowohl vom Router als auch von allen angeschlossenen Geräten Strahlung erzeugt. Als strahlungsfreie Alternative kann man Lichtmodulation zur Datenübertragung einsetzen und damit Elektrosmog vermeiden. Wir erklären die Möglichkeiten dieser neuen Technologie.
Überall und jederzeit online
Das WLAN (Wireless Local Area Network) ermöglicht eine drahtlose Kommunikation. Der Hauptzweck war früher der kabellose Internetzugang für Notebooks und Tablets. Mittlerweile kommunizieren nahezu alle Geräte der Unterhaltungselektronik wie Fernseher, Computer oder Smart Speaker über WiFi. Der Trend geht dazu über, auch die anderen elektrischen Gebrauchsgegenstände im Haushalt mit dem Internet zu verbinden. So sind jetzt auch Staubsaugerroboter, Kühlschränke, Lampen, Heizungen oder die Kaffeemaschine vernetzt.
All diese Geräte kommunizieren mit einem zentralen Router, der mit dem Internet verbunden ist. Die Datenübertragung erfolgt über elektromagnetische Wellen im hochfrequenten Bereich mit 2,4 GHz und 5 GHz. Damit liegen die Frequenzen vergleichbar zum Frequenzband im Mobilfunk bzw. mit 5 GHz etwas darüber. Dabei erzeugt nicht nur der Router Strahlung, denn jedes einzelne Gerät trägt zum Elektrosmog bei. Auch wenn niemand aktiv das Internet nutzt, kommunizieren alle Komponenten rund um die Uhr miteinander. Als ersten Schritt könnte man nachts den Router so konfigurieren, dass das Funknetz zeitweise deaktiviert wird.
Mit wachsendem Elektrosmog hat in den letzten Jahren auch die Zahl der Personen zugenommen, die überempfindlich auf elektromagnetische Felder reagieren. Beschwerden und gesundheitliche Erkrankungen treten immer häufiger auf. Neue Studien kommen zu dem Ergebnis, dass hochfrequente Strahlung die Wahrscheinlichkeit für Krebs erhöht. Obwohl die Router-Strahlung geringer als die bei Mobilfunkgeräten ist, können gesundheitliche Auswirkungen nicht ausgeschlossen werden. Dennoch möchte niemand mehr auf die neuen Funktionen verzichten. Daher sind wir auch im öffentlichen Raum und am Arbeitsplatz von Elektrosmog umgeben. Doch mittlerweile gibt es zu den Funktechnologien Alternativen.
Lichtmodulation zur Datenübertragung
Die Technologie der Lichtmodulation ist unter vielen Namen bekannt. In Anlehnung an Wi-Fi verwendet man oft den Begriff Li-Fi als Abkürzung für Light-Fidelity. Im englischen Raum findet man als Oberbegriff die Bezeichnung Optical Wireless Communication. Die Technologie VLC (Visible Light Communication) ist eine Sonderform, da hier nur die Frequenzen des sichtbaren Lichts verwendet werden. All diese Begriffe bezeichnen die drahtlose Datenübertragung durch Lichtmodulation.
Das Prinzip ist relativ einfach. Am Sender schaltet ein Modulator eine LED sehr schnell ein und aus. Die Geschwindigkeit der Schaltvorgänge ist so hoch, dass das menschliche Auge kein Flackern sieht. Am Empfänger nimmt eine Fotodiode das Licht auf und wandelt es in elektrische Impulse um. Hierfür ist direkter Sichtkontakt zwischen Sender und Empfänger notwendig.
Licht hat wie Strom oder Funk auch eine Frequenz, die aber um einige Dimensionen höher liegt als die der Funkwellen. Mit einem Optical Wireless Communication System kann man schon heute mehr als 200 Gigabit pro Sekunde übertragen. Damit ist mit Lichtmodulation die Datenübertragung bis zu 300 Mal schneller als über eine Wi-Fi Verbindung. Der Zugang zum Internet erfolgt analog zum WLAN über einen zentralen Router.
Bereiche mit ständiger Beleuchtung wie Büros, Produktionshallen oder öffentliche Verkehrsmittel sind besonders gut für diese Technologie geeignet. Auch Kombinationen zwischen einem Funknetz und einem optischen Netz wie Visible Light Communication sind denkbar.
Ist Lichtmodulation mit LED gesundheitlich unbedenklich?
Die WLAN Router-Strahlung steht stark im Verdacht, Krankheiten auszulösen. Bei der Betrachtung der gesundheitlichen Auswirkungen eines Optical Wireless Communication Systems sind drei Parameter wichtig:
- die verwendete Lichtfarbe
- die Intensität der LED
- die Flimmerfrequenz
Das Licht hat im sichtbaren Bereich eine Wellenlänge zwischen 380 nm (violett) und 780 nm (rot). Darüber liegt der infrarote Bereich. All diese Wellenlängen sind auch im Sonnenlicht enthalten. Das Auge ist besonders gegen blaues Licht empfindlich, weshalb die Sinneszellen im Auge dadurch geschädigt werden können. Außerdem hemmt diese Lichtfarbe die Bildung des Hormons Melatonin, was sich negativ auf den Schlafzyklus auswirkt. In LEDs sollte dieser Strahlungsanteil daher möglichst reduziert werden.
Licht im infraroten Bereich kann die Augenlinse bei langjähriger Bestrahlung schädigen. So traten z.B. bei Glasbläsern nach Jahrzehnten Schädigungen auf, weshalb ein Grenzwert von 100 Watt pro Quadratmeter (W/m²) festgelegt wurde. Die Intensität der Belastung durch Lichtmodulation mit LED liegt mit Werten von weniger als 10 W/m² deutlich darunter. Durch Verwendung von Visible Light Communication kann man sich zudem auf das sichtbare Licht beschränken.
Die Lichtmodulation durch LED erzeugt ein Flimmern. Eine Flimmerfrequenz bis zu 200 Hertz kann bei Menschen biologisch unerwünschte Wirkungen auslösen. Sobald die Frequenz oberhalb von 200 Hertz liegt, sind bis heute keine nachteiligen Auswirkungen bekannt. Die Lichtmodulation erzeugt eine Flimmerfrequenz von über 100 kHz und liegt damit mit dem Faktor 500 weit darüber.
Nach heutigem Kenntnisstand liegen die LED-Intensitäten, Spektren und Pulsungen weit von den bisher erkennbaren biologischen Wirkungsschwellen entfernt. Dennoch ist bezüglich der Auswirkungen des modulierten Lichts auf Augen und Haut weiterer Forschungsbedarf erforderlich.
Weitere Vorteile der optischen Datenübertragung
Im Vergleich zur Funkübertragung steht eine größere Bandbreite zur Verfügung. Die Lichtmodulation ermöglicht dadurch eine höhere Anzahl von Datenkanälen und höhere Übertragungsraten. Bei der herkömmlichen Funkübertragung ist der Netzzugang schnell überlastet, wenn gleichzeitig viele Personen große Datenmengen herunterladen. In einem Li-Fi-System bleibt die Übertragungsgeschwindigkeit auch unter Last stabil. Die Technologie kann außerdem auch in Bereichen wie Krankenhäusern oder Flugzeugen eingesetzt werden, in denen Funk aufgrund der elektromagnetischen Verträglichkeit problematisch ist.
Zudem ist die optische Übertragung sicherer. Für den Empfang ist der direkte Sichtkontakt zwischen der sendenden LED und dem Empfangsgerät notwendig. Ein Angreifer muss sich daher im gleichen Raum befinden, um Daten abzufangen oder manipulieren zu können. Bei einem WLAN–Router ist es wesentlich aufwendiger, die Strahlung abzuschirmen. Damit ist Light-Fidelity für sicherheitsrelevante Anwendungen sehr gut geeignet.
Die Systeme zur optischen Datenübertragung entwickeln sich aktuell rasant weiter. Mittelfristig könnten diese die Funktechnologien in vielen Bereichen ergänzen bzw. sogar ersetzen.