Valodata Li-Fi tulee: Nettisignaali kulkee tavallisen huonevalon seassa – ”Sinne mahtuu!”

Li-Fin käyttöympäristöiksi sopivat niin kodit kuin sairaalatkin, sanoo oululaistutkija.
Markku Saksa
Tiede 8.3.2016 18:30

Tietoliikennelaboratorioissa tutkitaan nyt nettisignaalin lähettämistä tavallisen huonevalon seassa. Teknisesti on jo mahdollista lähettää led-valolla niin nopeaa nettisignaalia, että sillä voi imuroida 18 kokoillan elokuvan sekunnissa.

Lähetystekniikkaa kutsutaan maailmalla nimellä Li-Fi (Light Fidelity).

Suomessa tekniikasta käytetään nimitystä valodata. Sen tutkimus on keskittynyt Oulun yliopiston Centre for Wireless Communications -tutkimusyksikköön. Siellä tutkimusta johtaa Argentiinassa syntynyt professori Marcos Katz.

”Olen usein ajattelut, että valo voisi olla iso ja yhdistävä tekijä Suomen uudelle nousulle. Valon käyttö tietoliikenteessä tarjoaa loputtomiin mahdollisuuksia kehittää uusia innovatiivisia ratkaisuja”, Katz sanoo.

Li-Fi-tekniikka perustuu siihen, että led-valoa voidaan katkoa ja sytyttää miljoonia kertoja sekunnissa, mutta ihmissilmä ei havaitse räpsymistä.

Led-lampun nopeatahtisella syttymisellä ja sammumisella voidaan välittää nollia ja ykkösiä samalla tavalla kuin radioaaltoihin perustuvalla langattomalla Wi-Fillä.

Näin tavallinen led-lamppu toimii modeemina tai reitittimenä, kun tietokoneen tai kännykän optinen sensori tulkitsee supernopean räpsähtelyn dataksi.

Oxfordin yliopiston tietoliikennelaboratorio pääsi 224 gigabitin
sekuntinopeuteen (Gbps) viime kesänä, mutta brittitutkijat arvelevat, että tulevaisuudessa nopeus voi olla jopa 3 terabittiä sekunnissa.

Signaalin kulun teoreettisena rajana lienee vain valon oma nopeus.

 

Li-Fi-tutkimus on saanut myös suuret yritykset – muun muassa Ericssonin, Philipsin ja Osramin – kiinnostumaan valodatasta.

Newsweek kertoi, että Apple aikoo tehdä tulevista iPhone-malleista yhteensopivan myös Li-Fin kanssa. Apple patentoi valodatalle sopivan vastaanottotekniikan jo vuonna 2013.

Li-Fin ympärille on perustettu kymmeniä startupeja eri puolille maailmaa.

Tyypillinen startup on virolainen Velmenni. Se pääsee 1 gigabitin sekuntinopeuteen, joka on noin 100 kertaa suurempi kuin radioaalloilla toimiva nykyinen langaton verkko. Velmenni tarjoaa Jungnu-nimistä led-valoaan kodin automatiikkaan ja liikenteen laskentaan.

Li-Fin avulla koko internet ei suinkaan muutu supernopeaksi. Signaali kulkee edelleen valokaapeliverkkoa myöten, mutta sen ”viimeinen maili” eli langaton osuus nopeutuu hurjasti.

Nykyisin langaton signaali tulee reitittimestä tai modeemista radioaaltoina tietokoneeseen, mutta Li-Fissä se matkaa valon seassa. Välimatka voi olla sisätiloissa kymmenen metriä ja ulkona pitempi, mutta kun nettisignaali on valaistuksen oheistuote, sitä riittää lähes joka paikkaan. Led-lamput ovat halpoja ja niitä voidaan panna toimistossa joka huoneen kattoon.

Valodataa pidetään turvallisena, koska se ei kulje seinien läpi. Jos haluaa hakkeroida valoa, täytyy olla samassa huoneessa.

Valodataa voisi siis verrata puheeseen. Jos aikoo kuunnella mitä toinen sanoo, on oltava lähellä.

 

Suomessa on laajaa ja syvällistä monitieteellistä tutkimustietoa valodatan käytöstä, sanoo professori Katz.

Hän oli viime kesänä kuusi viikkoa Oxfordissa tutustumassa sikäläisen tietoliikennelaboratorion työskentelyyn. Oulun väki on ollut yhteydessä myös Li-Fin keksijänä pidetyn saksalaistutkijan Harald Haasin kanssa.

Fyysikko Harald Haas työskentelee Edinburghin yliopistossa. Hän esitteli valoon perustuvan datansiirtotekniikan suurelle yleisölle TED-talkissa kesällä 2011. Hän näytti yleisölle tavallista led-lamppua ja sanoi, että sen avulla voidaan välittää enemmän dataa kuin matkapuhelinverkon tukiasemalla.

Haas on perustanut oman yrityksen nimeltä PureLiFi, joka tekee jo kaupallisia sovellutuksia.

Hän esitteli firmansa tuotteita Barcelonassa vuonna 2014 suuressa mobiiliteknologian maailmankongressissa. Tarjolla oli muiden muassa kattoon asetettava kirjan kokoinen valolähde ja tietokoneen UBS-porttiin tuleva optinen vastaanotin, joka ei ole datatikkua suurempi.

 

Radiotaajuuksiin perustuva Wi-Fi on tulossa kehityksensä äärirajoille, koska radiotaajuudet loppuvat pian.

Haas väitti El País -lehdessä, että radiotaajuudet täyttyvät jo seuraavan kymmenen vuoden aikana. Sen jälkeen signaaleja ei mahdu lisää.

Oululaistutkija Katz sanoo Haasia myötäillen, että uusi tekniikka on välttämätön, koska teleliikenteen volyymi kasvaa 2020 luvulla 1000-kertaiseksi nykyisestä.

Nettiyhteyksiä syö niin sanottu seuraava suuri asia eli ”kaikkien esineiden internet”. Se täyttää kaikki taajuudet ja saa ehkä ne loppumaankin, mutta valodatasta odotetaan pelastusta.

Katzin mukaan näkyvän valon, VLC:n (Visible Light Communications), puolella taajuuksia on 10 000 kertaa enemmän kuin radioaalloilla.

Suuri osa nykyistä nettiliikennettä voidaan siirtää käyttämään valodataa.

”Sinne mahtuu.”

Katzin mukaan valonetti ei suinkaan ryhdy kilpailemaan radioaalloilla toimivan Wi-Fin kanssa vaan tulee täydentämään sitä.

”Kun 5G-teknologia tulee, voidaan ajatella, että laitteet rakennetaan käyttämään molempia signaaleja. Voisimme käyttää joko valoa taikka radiota sen mukaan kumpi on järkevämpää.”

 

Sopivina Li-Fin käyttöympäristöinä Katz näkee esimerkiksi koulut, toimistot ja kodit.

Sairaalat soveltuvat hyvin, koska niissä käytetään herkkiä sähkötekniikalla toimivia laitteita, jotka voivat häiriintyä radioaalloista. Samanlaisia ovat lentokoneet, atomivoimalat, monet tehtaat.

Katzin mukaan lupaava käyttösovellutus on liikenteen ohjailu. Esimerkiksi liikennevaloista voitaisiin lähettää optista valoa auton sensoreihin. Autot voisivat ottaa vastaan liikennetietoja ja olla yhteyksissä muiden ajoneuvojen kanssa.

Kun Google ja muut valmistajat saavat automaattisesti ohjautuvat autot liikenteeseen, autojen välisestä kommunikaatiosta tulee ratkaisevan tärkeä.

Katz kertoo, että näkyvän valon käyttöä tutkitaan myös veden alla. Siellä sininen valo etenee hyvin. Myös sotilaita valodata kiinnostaa.

Huomattavaa säästöä koituu siitä, kun valokaapeliyhteys korvataan hyvin suoraan etenevällä free-space optics -laservalolla. Tätä on menestyksellisesti kokeiltu kahden parin kilometrin päässä toisistaan olevan toimistotalon välillä Tšekin maassa.

Katz pitää etuna myös sitä, että ison tilan valaisu ja tietoliikenne voidaan järjestää valaisulla. Led-valot tulevat myös päivä päivältä halvemmiksi ja niiden käyttö kasvaa.

”Rajana on vain mielikuvitus!” korostaa Katz Li-Fin monikäyttöisyyttä.

Esittelytilaisuus, jossa videota siirrettiin näkyvän valon avulla. Professori Marcos Katz vasemmalla.

Esittelytilaisuus, jossa videota siirrettiin näkyvän valon avulla. Professori Marcos Katz vasemmalla. Kuva Centre for Wireless Communications / Oulun yliopisto

Keskustelu

Tämä ei ole mikään uusi keksintö. Ongelmana on ollut että valo tarvitsee optisen yhteyden kaapelin jättäessään.. Se rajoittaa sen käyttöä.