Sprechendes Licht: Jacobs University entwickelt Leuchtdioden-Kommunikationssystem für drahtlose Datenübertragung in Flugzeugen

Kern des Systems ist eine optische Schnittstelle für datenkodierte Lichtsignale von Halbleiter-Leuchtdioden (LED), die eine elektromagnetisch verträgliche, intelligente Datenübertragung unter den spezifischen Bedingungen an Bord von Flugzeugen gewährleistet und darüber hinaus eine erhebliche Gewichtseinsparung durch verringerten Kabelbedarf ermöglicht. Projektleiter an der Jacobs University ist Harald Haas, Professor of Electrical Engineering.

Besonders Geschäftsreisende und andere Vielflieger kennen das Problem: Sowie das Flugzeug zur Startbahn rollt, ist – oft auf lange Stunden – jegliche Online-Kommunikation und Internet-abhängige Arbeit am Laptop unmöglich. Denn herkömmliche drahtlose Datenübertragungstechniken im WorldWideWeb wie WLAN und UMTS stören den Flugfunk und andere empfindliche Instrumente im Flugzeug, weshalb die Passagiere ihren elektronischen Gerätepark aus Sicherheitsgründen abschalten müssen.

Neue Möglichkeiten, sowohl für die Internetnutzung während des Fliegens als auch für flugbezogene drahtlose Datennutzung und Bordkommunikation, soll nun die lichtbasierte Datenübertragungstechnik eröffnen, deren Grundlagen an der Jacobs University entwickelt wurden. Das Funktionsprinzip ist einfach: Fließt Strom durch den Halbleiterkristall der für die Technologie genutzten LED (lichtemittierenden Dioden), entsteht Licht. Datenkodierte Schwankungen in der Stromzufuhr erzeugen für das menschliche Auge unsichtbare Lichtschwankungen, die jedoch von einem entsprechenden Detektor registriert werden.

So können große Datenmengen ohne Kabelverbindung durch eine Art digitaler Licht-Morsezeichen mit sehr hoher Geschwindigkeit übertragen werden, die mit mehr als 100 Megabit/Sekunde weit höher ist, als bei einem handelsüblichen DSL-Anschluss. Die Forscher um Harald Haas nutzen hierfür erstmals sichtbares Licht wie auch Infrarotlicht leistungsstarker LED, deren elektromagnetischer Frequenzbereich sich grundlegend von anderen Funksignalen unterscheidet und daher entscheidende Vorteile hinsichtlich elektromagnetischer Verträglichkeit (EMV), Störverhalten bzgl. bestehender Funksysteme und Robustheit hat. Typische Übertragungsreichweiten der neuen Technologie liegen je nach Anwendung zwischen einem und zehn Metern, maximale Distanzen können jedoch bis zu 100 Metern betragen.

Schwerpunkte des jetzt für eine Laufzeit von knapp drei Jahren bewilligten Projektes liegen auf der Entwicklung eines zellularen optischen Kommunikationssystems mit Zugang für mehrere Benutzer, der Erforschung des optischen Kanals für eine gleichzeitige Übertragung mehrerer Datenströme (sogenanntes „räumliches Multiplexing“), sowie der Entwicklung von Algorithmen, die über eine intelligente Anpassung von Übertragungs- und Empfangsparametern störende Interferenzen mit anderen Bordsystemen ausschließen und bei einer Mehrteilnehmerkommunikation für eine dynamische Ressourcenvergabe sorgen. Mit der Entwicklung geeigneter Testsysteme und Prototypen soll außerdem die direkte industrielle Verwertung der neuen Technologie in zukünftigen Flugzeuggenerationen vorbereitet werden.

„Die Nutzung von Licht zur drahtlosen Datenübertragung kann man als Revolution bezeichnen“, meint Harald Haas. Neben der sinnvollen Ergänzung bestehender Mobilfunkdienste könne man sich zahlreiche weitere Anwendungsfelder vorstellen: „Das Spektrum ist riesig: Denkbar sind beispielsweise Autos, die mit Hilfe ihrer LED-Scheinwerfer durch „car-to-car-communication“ sicherheitsrelevante Verkehrsinformationen austauschen, Energiesparampeln, die für automatische Motorenab- und -anschaltung sorgen, „kommunikative“ Lichtquellen in Museen, die Informationen über die ausgestellten Objekte direkt an Besucher-Infosysteme weitergeben, oder auch Anwendungen in der Medizintechnik, in der drahtlose und somit kabelsparende Datenübertragung durch die negativen EMV-Eigenschaften herkömmlicher Systeme bisher praktisch unmöglich waren“, so der Mobilkommunikationsexperte von der Jacobs University.

Das Projekt zur lichtbasierten Datenübertragung in Flugzeugen wird im Rahmen eines Forschungsverbundes unter der Federführung von Airbus Deutschland durchgeführt, an dem sich neben der Jacobs University das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), EADS Deutschland, die Fraunhofer-Gesellschaft, Diehl Air Cabin, Funkwerk Avionics, Kaefer Aerospace, Monogram Systems und das Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik der TU Dresden beteiligen.

Fragen zu dem Projekt beantwortet:
Harald Haas, Ph.D. | Professor of Electrical Engineering
Tel.: 0421 200-3115 | E-Mail: h.haas@jacobs-university.de