BERLIN / LONDON (IT BOLTWISE) – Optische Kurzstreckenverbindungen können Funknetze entlasten, scheitern draußen aber oft am störenden Sonnenlicht. Ein internationales Team überträgt mit Far-UVC-Mikro-LEDs bei 235 Nanometern bis zu 1,5 Gigabit pro Sekunde über 30 Zentimeter. Entscheidend sind sowohl schnell modulierbare, segmentierte Mikro-LEDs als auch ein an die Signalqualität angepasstes Übertragungsverfahren. Ob die hohe Rate auch bei größerer Distanz und wechselnder Witterung stabil bleibt, wurde bislang nicht gezeigt.
Drahtloses Übertragen per Licht wirkt auf den ersten Blick wie eine elegante Alternative zu Funk: Statt Radiowellen koppelt ein Sender Informationen in einen Lichtstrahl ein, und ein Empfänger wertet die Modulation optisch aus. Der Haken für den Outdoor-Einsatz ist jedoch schnell erklärt: Sichtbares und infrarotes Umgebungslicht der Sonne erzeugt am Empfänger einen starken Hintergrund, der die Nutzsignale überdecken kann. Far-UVC setzt genau an diesem Problem an. Unterhalb von 280 Nanometern erreicht praktisch keine Sonnenstrahlung die Erdoberfläche, weil sie vorher in der Atmosphäre absorbiert wird – damit lässt sich der typische Outdoor-Störteppich im Kommunikationskanal deutlich reduzieren.
Für die jetzt berichtete Übertragung nutzte das Team Far-UVC-Licht bei rund 235 Nanometern. Technisch relevant ist dabei zweierlei: Erstens ist diese Wellenlänge so gewählt, dass sie im Vergleich zu längerwelligem UV-Licht in Hautschichten stärker absorbiert wird und dadurch weniger tief in lebendes Gewebe eindringt. Gleichzeitig gilt aber auch eine wichtige Einordnung aus dem Versuchsrahmen: Die Kommunikationsarbeit war keine Sicherheitsstudie und prüfte keine biologischen Grenzwerte. Damit steht die Machbarkeit als Datenlink im Vordergrund, während die Frage nach einer regulatorisch und gesundheitlich belastbaren Einsatzfähigkeit auf zusätzliche Untersuchungen angewiesen bleibt.
Die Lichtquelle selbst stammt aus der Klasse schnell schaltender Mikro-LEDs. Entscheidend ist, dass die leuchtende Fläche der Bauteile in viele kleine Segmente unterteilt ist. Diese Segmentierung senkt die aktive Fläche, ermöglicht höhere Stromdichten und reduziert gleichzeitig die Übergangskapazität; dadurch lassen sich die LEDs stärker und schneller modulieren als bei großflächigen Varianten. Laut den Angaben des Teams verbessert das die erreichbare Modulationsbandbreite gegenüber herkömmlichen großflächigen AlGaN-LEDs. Der publizierte Datensatz umfasst zudem Messungen an drei LED-Varianten, unter anderem zu Strom-Spannungs-Verhalten, Lichtleistung, Spektrum und eben der Modulationsbandbreite – ein Ansatz, der späteres Systemdesign auf eine eher harte Messbasis stellt statt auf Annahmen.
Bei der eigentlichen Datenübertragung standen Sender und Empfänger in direkter Sichtlinie, mit einem Abstand von 30 Zentimetern. Unter normaler Raumbeleuchtung erreichte die Verbindung bis zu 1,5 Gigabit pro Sekunde. Das Ferdinand-Braun-Institut (FBH) beschreibt dies als Rekord für drahtlose optische Kommunikation bei Wellenlängen unterhalb von 235 Nanometern. In der Praxis zeigt sich hier das Zusammenspiel aus Hardware und Übertragungsseite: Die Mikro-LEDs liefern die nötige Modulationsfähigkeit, während die Signalverarbeitung die Bandbreite effizient nutzt. Das Team setzte orthogonales Frequenzmultiplexen mit adaptiver Bit- und Leistungsverteilung ein; dabei kann die verfügbare Bandbreite der einzelnen Unterträger an die jeweilige Signalqualität angepasst werden, was insbesondere dann hilfreich ist, wenn Frequenzbereiche unterschiedlich stark performen.
Gleichzeitig bleibt die Reichweite bislang deutlich hinter dem zurück, was viele Funklösungen in der Praxis abdecken. Damit ist die 1,5-Gigabit-Verbindung zunächst vor allem ein Laborbeleg: Sie zeigt, dass Far-UVC bei 235 Nanometern prinzipiell eine datenintensive Kurzstrecke tragen kann, nicht aber, dass sich diese Rate ohne weiteres in reale Umgebungen mit längeren Distanzen, Umweltschwankungen und Nutzungsprofilen übertragen lässt. Interessant ist daher weniger die Zahl allein, sondern die Richtung, die sich daraus für künftige Anwendungen ergibt: Zu erwarten sind Szenarien, in denen Sichtlinie verfügbar ist oder in denen sich die Strecke durch Geometrie und Installation begrenzen lässt – etwa als Ergänzung in Produktionsumgebungen oder als Datenkanal für Geräte, bei denen Funk aus Latenz- oder Sicherheitsgründen nur begrenzt eingesetzt werden soll.
Für Außenbereiche versprechen kurze Wellenlängen zudem einen zweiten Vorteil: Kurzwelliges Licht wird in der Luft stärker gestreut, weil die Rayleigh-Streuung mit sinkender Wellenlänge zunimmt. Dadurch könnte ein Teil des Signals auch dann noch einen Empfänger erreichen, wenn Sender und Empfänger nicht exakt ausgerichtet sind oder wenn die direkte Sichtlinie zeitweise unterbrochen ist. Genau diesen Betrieb ohne direkte Sichtverbindung formulieren die Forscher als nächste Ziele. Technisch bedeutet das: Es reicht nicht, nur die Mikro-LEDs weiter zu verbessern; man muss auch Übertragungscodes, Empfängerempfindlichkeit und Signalverarbeitung so auslegen, dass Streuung und Mehrwegeeffekte als Systemparameter beherrschbar werden. Entsprechend heißt es in der Arbeit sinngemäß, dass die aktuelle Demonstration vor allem hohe Datenraten bei 235 Nanometern belegt – nicht den Nachweis eines einsatzreifen Kommunikationssystems über größere Distanzen im Outdoor-Alltag.
Für die Branche ist die Botschaft damit klar zweigeteilt. Auf der technischen Seite zeigt Far-UVC, dass optische Funkalternativen nicht nur im Labor an bestimmten Bedingungen hängen müssen, sondern dass sich der Outdoor-Kanal durch die Wahl des Spektralbereichs gezielt „sauberer“ machen lässt. Auf der Marktseite öffnet sich ein Fenster für robuste Kurzstreckenlinks, die Funknetze in Engpassbereichen ergänzen können – allerdings erst dann breit nutzbar, wenn nächste Experimente die Stabilität bei echten Umweltbedingungen und größere Reichweiten belastbar belegen. Dr. Jan Ruschel vom Ferdinand-Braun-Institut fasst die Optimierungslogik passend zusammen: „Wir haben unsere LEDs speziell für die optische Kommunikation in diesem Spektralbereich optimiert.“
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