Forskare testar ljussystem som är 4 000 gånger snabbare än din wifi-router

I ett brittiskt laboratorium har ett trådlöst system testats som är så snabbt att din nuvarande wifi-router nästan verkar antik i jämförelse.

Med hjälp av blixtsnabba laserljusstrålar uppnådde ingenjörerna en rekordhastighet på över 360 gigabit per sekund över en distans på två meter. Det uppskattas vara cirka 4 000 gånger snabbare än vad de flesta hemmaroutrar klarar av idag — och det öppnar dörren på vid gavel till ett helt nytt sätt att kommunicera trådlöst inomhus.

Från radiosignal till ljusstråle

Den nya tekniken använder inte radiovågor som wifi eller 5G, utan ljus. Mer exakt handlar det om en matris av så kallade VCSEL-lasrar — små, vertikala halvledarlasrar som redan idag används i datacenter och i vissa smartphonesensorer.

Forskarna placerade ett rutnät på 5 gånger 5 av dessa lasrar bredvid varandra. Varje enskild laser skickar iväg data med sin egen hastighet på mellan cirka 13 och 19 gigabit per sekund. Tillsammans producerade de under testet ett totalt dataflöde på 362,7 gigabit per sekund över en kort distans på två meter.

Det motsvarar att ladda ner omkring 20 HD-filmer på ungefär en sekund — förutsatt att resten av kedjan är lika snabb.

Med dessa siffror hör systemet till bland de snabbaste trådlösa optiska förbindelserna som hittills har demonstrerats i ett laboratorium.

Hur uppnår de sådana hastigheter?

Tricket ligger i det sätt som signalen moduleras på. Lasrarna använder frekvensmultiplexering: den totala bandbredden delas upp i flera smala kanaler som alla bär data samtidigt. Föreställ dig en bred motorväg som är uppdelad i dussintals körfält, där varje fält har sin egen trafik.

Genom att smart fördela och utnyttja dessa ”körfält” optimalt pressar ingenjörerna enorma datamängder genom samma ljusstråle. Och de tittar inte bara på hastighet — energiförbrukningen är också i fokus.

Den uppmätta energiförbrukningen per bit hamnade på omkring 1,4 nanojoule. Det är markant lägre än många nuvarande wifi-lösningar, som använder mer ström för samma datamängd. För datacenter, fabriker och AR/VR-tillämpningar är det en betydande fördel, eftersom strömförbrukningen väger tungt i kalkylerna.

Inte en wifi-ersättare, utan ett kraftfullt komplement

Trots de imponerande hastigheterna är systemet inte tänkt som en direkt ersättning för wifi. Forskarna ser istället sin teknik som ett komplement till befintliga trådlösa nätverk.

• Wifi, 4G och 5G: idealiskt för mobila enheter och kommunikation genom väggar
• Bluetooth: lämpligt för korta avstånd och mindre datamängder
• Ljusbaserade system (Li-Fi, VLC): extremt höga hastigheter där fri siktlinje är möjlig

Genom att låta en del av datatrafiken gå via ljus kan trycket på befintliga radiosystem minskas. Det ger mer kapacitet och bättre prestanda — särskilt på platser med mycket folk som kontor, universitet och eventlokaler.

Vad är Li-Fi, och vad gör VLC?

Tekniken är nära besläktad med Li-Fi och VLC — två begrepp som du sannolikt kommer att höra mycket mer om under kommande år.

Li-Fi: internet via lampor

Li-Fi står för ”light fidelity” och använder synliga eller nära-infraröda ljuskällor för att skicka data. En LED-lampa kan till exempel blinka osynligt för det mänskliga ögat, där mönstret innehåller information. En mottagare — som en speciell sensor i en bärbar dator — översätter sedan detta mönster till data.

Den största fördelen är att ljus har ett enormt brett spektrum. Det användbara ljusspektrumet uppskattas vara omkring 10 000 gånger större än hela det radiospektrum vi idag använder för wifi, 4G och 5G tillsammans. Det innebär gigantiskt utrymme för extra dataströmmar, utan att frekvenser stör varandra.

VLC: synlig ljuskommunikation

VLC (Visible Light Communication) är den bredare beteckningen för kommunikation via synligt ljus. Li-Fi är en del av detta, men det täcker också enklare tillämpningar som information i ljussignaler från trafikljus, butiksbelysning som kommunicerar med sensorer, eller inomhusnavigering i stora byggnader.

Det nya brittiska lasersystemet hör hemma i samma familj — men i den yttersta änden av hastighetsskalan. Medan klassisk Li-Fi typiskt siktar mot hastigheter motsvarande eller lite över wifi, skjuter denna typ av lasersystem redan nu upp i hundratals gigabit per sekund.

Säkrare eftersom ljus inte passerar genom väggar

En anmärkningsvärd egenskap hos ljusbaserad kommunikation är den fysiska begränsningen. Ljus tränger inte igenom en betongvägg, vilket betyder att signalen stannar i ett rum. För säkerheten är det en klar fördel.

Den som befinner sig utanför det belysta området tar helt enkelt inte emot någon signal — och kan därför inte heller lätt avlyssna förbindelsen.

Det gör Li-Fi och liknande system attraktiva på platser där konfidentiell data cirkulerar: tänk sjukhus, forskningscentra, försvarsanläggningar eller styrelserum. Störningar från grannätverk minskar också, eftersom signalen inte räcker längre än det rum som ljuset belyser.

Vad kan du konkret använda det till?

Den aktuella demonstrationen ägde rum över två meter i en kontrollerad laboratoriemiljö. I vardagsrummet eller på kontoret kommer ytterligare faktorer in i bilden: människor i rörelse, möbler, solljus och olika typer av belysning. Ändå tecknar sig redan några tydliga användningsscenarier.

I sådana miljöer kan man i hög grad styra var ljuset når — och det gör det mycket enklare att hålla förbindelsen stabil och säker.

Utmaningar: siktlinje, störkällor och hårdvara

Men det finns också hinder med tekniken. Ljusförbindelser kräver i många fall direkt eller nästan direkt siktlinje. Går du förbi sensorn med ryggen till faller kvaliteten snabbt. Designers måste därför arbeta med smart ljusreflektion, flera ljuskällor i samma rum eller sensorer som kan följa rörelse.

Störkällor spelar också en roll. Kraftigt solljus, intensiva lysrör eller dekorationsbelysning kan påverka signalen. Det behövs avancerade filter och algoritmer för att dra ut den användbara datan ur allt det ljuskaos.

Dessutom stöter vi på helt praktiska hinder: bärbara datorer, smartphones och surfplattor måste ha lämpliga mottagare. Det kräver nya chips, nya standarder och avtal mellan tillverkare. Utan en inbyggd mottagare förblir ett sådant system begränsat till specialutrustning.

Hur långt är det från ditt vardagsrum?

Hastigheten på 362,7 gigabit per sekund är ett laboratorierekord — inte en konsumentstandard. För ett genomsnittligt hushåll är ribban lägre, men fortfarande långt högre än idag. Tänk tiotusentals till hundratals gigabit per sekund inom ett rum, när tekniken är vidareutvecklad till överkomliga produkter.

Innan dess följer nya experimentella uppsättningar: större avstånd, fler lasrar i en matris, tester i realistiska kontorsmiljöer och slutligen pilotprojekt hos företag. Parallellt med detta arbetar standardiseringsorganisationer och chiptillverkare på gemensamma avtal och ny hårdvara.

Vad kommer du att märka som användare?

För slutanvändare handlar det i slutändan inte om exakta gigabitsiffror, utan om upplevelsen. Sidor som laddar ögonblickligen, spel utan märkbar fördröjning, videosamtal i 8K-kvalitet och flera personer som streamar samtidigt utan hackighet.

Ett konkret scenario: en taklampa i vardagsrummet som utöver ljus också sänder ut data. Din tv, din spelkonsol och din bärbara dator kommunicerar via ljus med en mottagare i rummet, medan din smartphone fortfarande använder wifi eller 5G för mobilitet. Routern fördelar trafiken intelligent mellan radio och ljus, beroende på vad din enhet behöver.

För företag ligger vinsten främst i kapacitet och energieffektivitet. Färre tjocka kabelbuntar, mer flexibla arbetsplatser och nätverk som är lättare att skala upp utan att hänga upp nya accesspunkter överallt. Särskilt på kontor, sjukhus och fabriker kan ett sådant ljuslager ovanpå det befintliga nätverket ge en markant hastighetsökning.

Den som redan nu planerar framtida nätverksinfrastruktur gör klokt i att tänka in ljusbaserade system i ekvationen. En extra rördragning till takarmaturer eller en smart uppdelning av belysningszoner kan senare göra skillnaden mellan en bra idé och en verklig ljusförbindelse med hundratals gigabit per sekund.