En trådløs forbindelse, der er næsten umulig at forestille sig
Forestil dig at trykke på 'download' og have tyve HD-film på din enhed inden for ét sekund. Det scenarie er rykket et skridt nærmere takket være et forsøg med optisk trådløs kommunikation baseret på lasere. Forskerne opnåede en maksimal hastighed på 362,7 Gbit/s over en afstand på to meter. Det er groft sagt tusinder af gange hurtigere end det, de fleste husstande får ud af deres modem eller router.
Ingeniørerne bag projektet ønsker dog ikke at afskaffe wifi. Systemet er tænkt som et supplement, især for at accelerere datatrafik indendørs og i datacentre og samtidig spare energi. Wifi, 4G, 5G og Bluetooth fortsætter altså med at eksistere, men får nu en kraftfuld lysbaseret variant ved siden af sig.
Denne lysforbindelse leverer hundredvis af gigabit per sekund, mens energiforbruget per bit forbliver bemærkelsesværdigt lavt.
Hvordan fungerer dette lys-internet præcist?
Kernen i teknologien er en matrix af såkaldte VCSEL-lasere (vertical-cavity surface-emitting lasers). Denne type laser findes allerede i datacentre og visse smartphones til dybdemåling og ansigtsgenkendelse. Forskerne anvendte et gitter på 5 gange 5 lasere, altså i alt 25 lyskilder, der sender data simultant.
Hver enkelt laser opnåede i testen en hastighed på mellem 13 og 19 Gbit/s. Ved at kombinere alle laserne opstod en samlet båndbredde på 362,7 Gbit/s. Afstanden var stadig beskeden: to meter, svarende til rummet mellem et adgangspunkt i loftet og en arbejdsplads eller et fjernsyn.
Effektiv modulation og ekstremt lavt energiforbrug
For at presse mest mulig data gennem lysstrålen benyttede ingeniørerne frekvensmultipleksing. Her opdeles den tilgængelige båndbredde i flere kanaler, der hver bærer sin egen datastrøm. Det reducerer kapacitetstab og gør det muligt at drive laserne tættere på deres grænse.
Særligt bemærkelsesværdigt er det meget lave energiforbrug: omkring 1,4 nanojoule per bit. Det ligger betydeligt under forbruget hos mange nuværende wifi-løsninger. For virksomheder og datacentre, hvor tusindvis af forbindelser er aktive hele tiden, kan det på sigt gøre en markant forskel på energiregningen.
- Samlet datahastighed: 362,7 Gbit/s over to meter
- Antal lasere: 25 VCSEL-kilder i en 5×5-matrix
- Per laser: 13–19 Gbit/s
- Energiforbrug: cirka 1,4 nJ per bit
- Teknik: frekvensmultipleksing med synligt eller nær-infrarødt lys
Li-Fi: internet via lys i stedet for radiobølger
Teknologien hører under betegnelserne Li-Fi og VLC (visible light communication). Hvor wifi bruger radiosignaler, anvender Li-Fi lys som bærer af information. Det kan være synligt lys fra eksempelvis en LED-lampe, eller infrarødt lys som det menneskelige øje ikke opfatter.
Den store fordel er, at det optiske spektrum er enormt. Båndbredden er omtrent 10.000 gange større end alle de radiofrekvenser, der i dag bruges til mobil- og trådløse netværk. Det betyder, at langt flere datastrømme kan køre parallelt uden at forstyrre hinanden.
Med Li-Fi bliver det i teorien muligt at downloade titusinder af HD-film på ét sekund uden at fylde radiospektret yderligere op.
Intet signal gennem vægge: ulempe og fordel på én gang
Lys trænger ikke igennem en stenmur, og det er netop det, der gør teknologien interessant. Et lyssignal forbliver inden for det rum, det udsendes i. Naboer forstyrres mindre af dit netværk, og hackere på parkeringspladsen kan ikke bare aflytte forbindelsen, fordi signalet fysisk ikke siver ud.
Det betyder til gengæld, at god dækning kræver flere lyspunkter. Hvor én wifi-router med lidt besvær kan dække en hel etage, vil Li-Fi oftere kræve sin egen sender per rum. Tænk på LED-paneler i loftet, der på én gang sørger for belysning og dataoverførsel.
Hvor kan et sådant lynhurtigt netværk bruges fremover?
For den gennemsnitlige husstand virker 362 Gbit/s overdrevet. Alligevel er der masser af situationer, hvor sådanne hastigheder og lav forsinkelse gør en stor forskel. Eksempler inkluderer:
- Datacentre, hvor servere udveksler data med lynets hast indbyrdes
- Fabrikker med robotter, der skal styres præcist til millisekundet
- Hospitaler, hvor medicinske billeder i høj opløsning overføres live
- AR- og VR-applikationer, der skal fungere trådløst og uden forstyrrelser
- Kontormiljøer med tusindvis af simultant forbundne enheder
Li-Fi betragtes også som en kandidat til dele af fremtidens 6G-netværk. Den høje kapacitet og lave latenstid passer godt til anvendelser som holografisk kommunikation, industriel automatisering og autonom kørsel i afgrænsede miljøer som parkeringshuse eller tunneller.
Forholdet til eksisterende netværk
Wifi, 4G, 5G og Bluetooth forsvinder ikke på grund af denne innovation. De supplerer hinanden. Radiosignaler er praktiske til bredere dækning og mobilitet, for eksempel på gaden eller i toget. Lys er derimod stærkt i rum, hvor der er behov for meget data, afstandene er korte, og sikkerhed prioriteres højt.
Et realistisk fremtidsbillede er et hybridnetværk i hjemmet eller på kontoret: wifi til generel dækning og Li-Fi i mødelokaler, gaminghjørner, laboratorier eller produktionsgulve, hvor ydeevne og privatliv vejer tungest.
Hvor langt er denne teknologi fra din stue?
De opnåede 362,7 Gbit/s er et laboratorieresultat under kontrollerede forhold. For at integrere dette i forbrugerprodukter skal producenter blandt andet sikre kompakte og billige laserarrays, sikre effektniveauer for øjne og hud, samt standardisering så enheder er indbyrdes kompatible.
Der kører allerede kommercielle forsøg med Li-Fi på kontorer, skoler og i fly, men disse opnår endnu langt lavere hastigheder end i det britiske laboratorium. Springet fra prototyper til masseproduktion tager ofte år. Alligevel er fundamentet der: den anvendte VCSEL-teknologi er velkendt og produceres allerede i stor skala til andre formål.
Hvad betyder det for din hverdag?
For den gennemsnitlige internetbruger ændrer der sig ikke meget på kort sigt. Din router bliver stående på sin plads, og din smartphone forbinder via wifi eller 5G som hidtil. I de kommende år kan du dog begynde at se første produkter, der bruger lys som en ekstra kanal. Tænk på bærbare computere med en lille lyssensor ved siden af webcammet, eller smarte lamper der fungerer som adgangspunkter.
For krævende brugere som gamere eller folk der arbejder med store videofiler, kan en lysforbindelse i ét rum blive et attraktivt alternativ til et fast ethernet-kabel — med sammenlignelige hastigheder men mere fleksibilitet i opstillingen.
Nøgletal og begreber samlet
For at sætte tallene i perspektiv: en typisk fiberforbindelse til forbrugere tilbyder ofte 1 Gbit/s. Mange husstande ligger stadig under det, for eksempel på 100 eller 300 Mbit/s. Laboratorieopsætningen med 362,7 Gbit/s er altså hundrede til tusinder af gange hurtigere end det, der sidder i de flestes teknikskab.
En HD-film i 1080p, som du ser via en streamingtjeneste, fylder groft sagt mellem 3 og 6 gigabyte. Tyve sådanne film svarer til 60 til 120 gigabyte. Ved en hastighed på 362 Gbit/s — svarende til over 45 gigabyte per sekund — ville det i teorien være overført på få sekunder.
Er det sikkert? Li-Fi anvender lave effektniveauer, sammenlignelige med LED-belysning, og overholder strenge normer. Risikoen for aflytning er faktisk mindre, fordi signalet ikke trænger igennem vægge. Cyberangreb forskydes dermed mere mod software og væk fra radioaflytning udefra.
De kommende år vil vise, om lysbaserede netværk virkelig finder en fast plads ved siden af wifi og mobilt internet. Én ting er dog sikker: med den slags eksperimenter skubber ingeniørerne markant til grænserne for trådløs dataoverførsel — og det vil i sidste ende sive ned i form af hurtigere, mere energieffektive og sikrere forbindelser i hjemmet og på arbejdspladsen.
