18. September 2020

Fraunhofer HHI stellt neue LiFi Software Suite vor

Das Fraunhofer Heinrich-Hertz-Institut (HHI) ist ein Vorreiter für die Erforschung und Entwicklung der LiFi-Technologie. Ein Forscherteam der Abteilung „Photonische Netze und Systeme“ hat jetzt ein neues Toolkit für die Simulation von vernetzten LiFi-Systemen erstellt. Die Verfügbarkeit dieser Software Suite ist ein wichtiger Meilenstein für die Industrien der Nachrichten- und Lichttechnik, um LiFi schneller in praktische Anwendungen zu bringen.

Die LiFi-Technologie basiert auf moduliertem LED-Licht. Sie gilt als vielversprechende Ergänzung zu funkbasierten Technologien, wie WLAN (WiFi). Licht breitet sich entlang der Sichtlinie aus und kann genauer als Funk auf Innenräume eingegrenzt werden. Die Nutzerdaten können auf diese Weise wirksamer vor unbefugtem Zugriff und äußeren Störungen (Jamming) geschützt werden. Die LiFi Software Suite, die vom Fraunhofer HHI für die Simulation von LiFi-Systemen und Netzwerken entwickelt wurde, bietet neben LiFi-Kanalmodellen auch Physical Layer (PHY) Referenzimplementierungen für die aktuellen und zukünftigen Kommunikationsstandards, darunter ITU-T G.9960 (G.hn), ITU-T G.9991 (G.vlc), IEEE P802.15.13 und P802.11bb.

Die LiFi-Kanalmodelle simulieren die Ausbreitung des Lichts im optischen Freiraumkanal sowie die analogen Komponenten von LiFi-Sendern und Empfängern. Es können Line-of-Sight (LOS) und Non-Line-of-Sight (NLOS) Kanäle von mobilen Nutzern in 3D-Szenarien simuliert werden, sowohl für single-input single-output (SISO – ein Sende- und ein Empfangsmodul) als auch für multiple-input multiple-output (MIMO – mehrere Sende- und Empfangsmodule) LiFi-Systeme. Die Simulation ist durch den Einsatz effizienter Algorithmen deutlich schneller als bei der bisher üblichen Strahlverfolgung (Raytracing).

Neben den LiFi-Kanalmodellen können vollständige, standardkonforme Datenübertragungen simuliert werden. Für die Übertragung der Informationsbits über den optischen Freiraumkanal ist der Physical Layer zuständig. In der LiFi Software Suite sind für den jeweiligen PHY sowohl die LiFi-Sender- als auch die LiFi-Empfängersignalverarbeitung vollständig in der Programmiersprache MATLAB abgebildet. Je nach PHY werden verschiedene Modulationsformate eingesetzt, darunter Orthogonal Frequency-Division Multiplexing (OFDM) und On-Off-Keying (OOK) mit Frequenzbereichsentzerrung (FDE).

Die Implementierungen des Forscherteams basieren auf einer langfristig entwickelten MATLAB-Signalverarbeitungs-Toolbox, deren Algorithmen durch vielzählige Simulationen, Laborexperimente und Tests verifiziert wurden. Die LiFi Software Suite kann genutzt werden, um eine vollständige Link-Level-Simulation abbilden und zur Validierung von LiFi Sende- und Empfangskomponenten eingesetzt werden. Mithilfe der Systemlevel (Multilink) Simulationen ist es möglich, LiFi für verschiedene Anwendungen zu optimieren, z.B. für Konferenz und OP-Räume oder industrielle Produktionsumgebungen. Hierdurch wird auch die Weiterentwicklung der Standards unterstützt.

Die Bestandteile der LiFi Software Suite sind sowohl einzeln als auch im Gesamtpaket nutzbar und können den spezifischen Anforderungen angepasst werden. Je nach Kundenwunsch werden verschiedene Lizenzmodelle angeboten.

Die Software wurde im Rahmen der nationalen Forschungsprojekte OWICELLS , SESAM, AIRBORNE, ERIKA und OTB-5G+ sowie der europäischen Projekte VISION und ELIOT entwickelt.