Waarom Li-Fi beter zou kunnen zijn dan Wi-Fi

De recente adoptie van IEEE 802.11bb lanceerde light fidelity, of Li-Fi, wat de deur opende naar een tijdperk van draadloze communicatie voor geavanceerde Wi-Fi-technologieën. Met Li-Fi kan Wi-Fi lichtgolven gebruiken in plaats van radiogolven om gegevens te verzenden en te ontvangen.

IEEE 802.11bb definieert de regels voor hoe Li-Fi-apparaten met elkaar zullen communiceren en hoe snel ze gegevens kunnen verzenden. Volgens de norm zouden dergelijke apparaten data moeten kunnen verzenden en ontvangen met snelheden tussen 10 megabit per seconde en 9,6 gigabit per seconde.

De standaard introduceert een nieuw gebied van snelle, betrouwbare draadloze communicatie dat belooft een revolutie teweeg te brengen in de manier waarop we verbinding maken en communiceren.

Li-Fi maakt gebruik van speciale verlichtingsarmaturen met kleine besturingseenheden, halfgeleiderlichtzenders en lichtgevoelige ontvangers. Apparaten kunnen informatie verzenden en ontvangen met behulp van lichtgolven. Voor verbinding met Li-Fi, smartphones, tablets en andere apparaten zijn zenders en sensoren nodig die lichtsignalen kunnen verzenden en zien. Geavanceerde mobiele telefoons maken al gebruik van zenders en sensoren voor andere toepassingen zoals gezichtsherkenning en lidar.

In een typische installatie maken we verbinding met internet via een lokaal netwerk. LAN’s zullen nu een nieuwe draadloze toegangsmogelijkheid kunnen bieden via voor Li-Fi geschikte Access Points (AP’s) die zijn geïnstalleerd in ruimtes zoals plafonds of in bureaulampen die zijn aangesloten via Ethernet-stroom of powerline-communicatie.

Li-Fi AP’s maken tweerichtingscommunicatie mogelijk met apparaten op batterijen en bieden een naadloze, robuuste draadloze ervaring.

Nieuwe ervaring komt voort uit het werken in een lichtspectrum met minder kandidaten. Ter vergelijking: Wi-Fi werkt in het radiospectrum zonder licentie en concurreert met andere technologieën, waaronder Bluetooth, Zigbee en ultrabreedband.

“Naarmate de Li-Fi-technologie volwassener wordt, zullen de ontwikkelingen op het gebied van bereik, bandbreedte en interoperabiliteit de toepassingen en het marktpotentieel vergroten.” —Volker Jungnikkel

Een van de belangrijkste factoren die de adoptie van Li-Fi aandrijven, is dat het pieksnelheden mogelijk maakt door dezelfde geavanceerde modulatietechnieken te gebruiken voor het coderen van gegevens over lichtgolven die voor Wi-Fi worden gebruikt. Het optische draadloze transmissiekanaal wordt minder verstoord door multiple shift, Doppler, faseruis en andere interferenties. Daarom kan het de hoogste snelheden bereiken via een multi-carrier modulatievariant, de zogenaamde orthogonale frequentiemultiplexing. OFDM implementeert dragers die meerdere parallelle datastromen verzenden. Door gebruik te maken van de eigenschappen van licht resulteert Li-Fi in ongekende gegevensoverdrachtsnelheden over korte afstanden, meestal binnen één kamer.

Instituut sprak met IEEE 802.11-werkgroeplid Volker Jungnickel, die een sleutelrol speelde bij het promoten van optische draadloze communicatiestandaarden. Hij is voorzitter van het IEEE 802.15.13-project en is de technische redacteur voor IEEE 802.11bb. Hij leidt de Metro, Access- en In-house groep op de afdeling Fotonische Netwerken van het Fraunhofer Heinrich Hertz Instituut (HHI) in Berlijn. Het interview is voor de duidelijkheid ingekort en bewerkt.

Instituut: Wat zijn enkele voordelen en beperkingen van Li-Fi via Wi-Fi?

Volker Jungnikkel: Li-Fi maakt snelle draadloze connectiviteit mogelijk met datasnelheden tot 100 Mb/s per vierkante meter, waardoor het ideaal is voor dichtbevolkte gebieden, d.w.z. vergaderzalen en klaslokalen. De technologie werkt in een aanvullend, niet-gereguleerd spectrum, waar er geen interferentie is met op RF gebaseerde draadloze technologieën.

Verbeterde beveiliging is een ander voordeel, omdat Li-Fi-communicatie beperkt is tot de fysieke grenzen van het lichtsignaal, zoals in een kamer, waardoor onderschepping moeilijk wordt.

Li-Fi heeft echter beperkingen. Het bereik is relatief kort – meestal beperkt tot een paar meter in een enkele kamer – wat betekent dat een dicht netwerk van toegangspunten nodig is voor een bredere dekking.

Bovendien kan de beschikbare bandbreedte worden beperkt door de mogelijkheden van de lichtbron en detector. Het implementeren van een Li-Fi-infrastructuur kan ook duurder zijn in vergelijking met Wi-Fi.

Welke impact denkt u dat de goedkeuring van IEEE-standaarden zal hebben op de adoptie van technologie?

Jungnikkel: De normen bieden een raamwerk voor de ontwikkeling van Li-Fi-producten die zich richten op specifieke marktsegmenten, zoals industriële toepassingen en residentieel gebruik. Ze wekken ook vertrouwen bij klanten en bevorderen de interoperabiliteit tussen verschillende leveranciers. Deze goedkeuring zal waarschijnlijk de wereldwijde adoptie van Li-Fi stimuleren en verdere vooruitgang op dit gebied aanmoedigen.

Wat zijn enkele inzichten in de voortgang, toepassingen en vooruitzichten van Li-Fi?

Jungnikkel: Het biedt een aantal voordelen ten opzichte van traditionele Wi-Fi, zoals ononderbroken snelle tweerichtingscommunicatie, verbeterde beveiliging, de mogelijkheid om in een extra ongereguleerd spectrum te werken en nauwkeurige indoornavigatie die bijvoorbeeld wordt bereikt door het meten van de vluchttijd . De toepassingen variëren van slimme gebouwen en ziekenhuizen tot voertuig-voertuigcommunicatie en vaste draadloze toegang.

Wat zijn enkele belangrijke mijlpalen in de ontwikkeling van de technologie?

Jungnikkel: Een daarvan was de introductie van adaptieve OFDM voor Li-Fi door Fraunhofer HHI rond 2005, wat aanpassing aan mobiele kanalen en efficiënt gebruik van LED’s mogelijk maakte. In de periode van 2011 Li-Fi bedacht door onderzoekers van de Universiteit van Edinburgh, die hielp bij het definiëren en populariseren van de technologie.

In 2015 voerde pureLiFi, het bedrijf dat voorzitter was van de IEEE-werkgroep achter de nieuwe standaard, de eerste overdrachtsdemonstratie uit. Het toonde een naadloze gegevensoverdracht bij het verplaatsen tussen verschillende Li-Fi-toegangspunten. Bij de demonstratie werd gebruik gemaakt van een eigen protocol en werd de uitdaging van pakketverlies en latentie aangepakt.

Een andere belangrijke mijlpaal was de introductie van de eerste prototypes op basis van de ITU-T G.vlc-chipset in 2016. Ze specificeerden de systeemarchitectuur, de fysieke laag en de datalinklaag voor een snelle indoor optische draadloze communicatietransceiver die gebruik maakt van zichtbaar licht. Deze ITU-chipsets waren in de handel verkrijgbaar en markeerden een belangrijke stap in de richting van commercialisering en vroege productontwikkeling door downstream-leveranciers zoals Signify en Oledcomm.

Bovendien presenteerde Fraunhofer HHI in 2017 het concept van gedistribueerde multi-input multi-output-technologie voor Li-Fi, waardoor naadloze mobiliteit zonder pakketverlies en verbeterde prestaties mogelijk wordt in het geval van blokkering van de zichtlijn. Deze technologie is gespecificeerd in een aparte IEEE Std 802.15.13 voor industriële Li-Fi.

In 2021 demonstreerde Fraunhofer HHI dat centimeterprecisie mogelijk is met behulp van Li-Fi voor binnennavigatie en dezelfde protocollen die beschikbaar zijn voor Li-Fi-transmissie. Dit is aanzienlijk beter dan het gebruik van conventionele Wi-Fi-technieken.

Zijn er belangrijke projecten die hebben bijgedragen aan de vooruitgang van de Li-Fi-technologie?

Jungnikkel: Ja, OMEGA en ELIoT. OMEGA wilde een ultrasnel thuistoegangsnetwerk ontwikkelen dat snelheden tot 1 gigabit per seconde kan halen. Het ELIoT-project is bedoeld om oplossingen te ontwikkelen voor de massamarkt met behulp van Internet of Things-apparaten met een Li-Fi-netwerk. Deze projecten waren gericht op onderzoek, ontwikkeling en innovatie binnen de Europese Unie, waarbij verschillende aspecten van de technologie aan bod kwamen, waaronder mobiliteit, standaardisatie en interoperabiliteit.

Welke samenwerkingen, uitdagingen en toekomstige integratie voorziet u?

Jungnikkel: Samenwerking tussen overheden, grote marktspelers en onderzoeksinstellingen is essentieel om de vooruitgang van nieuwe technologie te stimuleren. Overheidsfinanciering van onderzoeksprojecten en proefinitiatieven kan de technologische ontwikkeling in pre-competitieve fasen en de marktvestiging stimuleren.

Wat betreft uitdagingen kan de concurrentie tussen bedrijven in het Li-Fi-domein een barrière vormen, vooral voor kleinere spelers. In de pre-competitieve fase kunnen samenwerking en identificatie van winstgevende marktsegmenten helpen deze uitdagingen te overwinnen. Standaardisatie helpt met name propriëtaire technologieën te overwinnen en interoperabiliteit mogelijk te maken. Een klant kan vergelijkbare producten kopen van verschillende leveranciers die in hetzelfde netwerk integreren. Dit verkleint het risico voor zowel kopers als leveranciers om in nieuwe technologieën te investeren.

In de toekomst kunnen we verwachten dat de technologie wordt geïntegreerd in alledaagse apparaten, zoals televisies en mobiele telefoons. Gestandaardiseerde Li-Fi-chipsets en verhoogde investeringen in productontwikkeling zullen een sleutelrol spelen bij het versnellen van dit integratieproces. Naarmate de technologie volwassener wordt, zullen de toepassingen en het marktpotentieel door vooruitgang in bereik, bandbreedte en interoperabiliteit toenemen.

Voor meer technische informatie over IEEE 802.11bb kunt u het on-demand webinar bekijken ‘Hoe Li-Fi draadloze communicatie radicaal kan veranderen’.

Gedetailleerde informatie over IEEE 802-standaarden in het algemeen, inclusief de IEEE 802.11bb-standaard, wordt besproken in het IEEE Standards Webinar op YouTube, georganiseerd door het IEEE Region 8 Action for Industry-initiatief.