Brittiska ingenjörer har prövat ett trådlöst system som når hastigheter långt bortom vad vanliga hemnätverk klarar av. De använde laserljus och teknik som redan finns i moderna datacenter.

Resultatet blev överföringar på flera hundra gigabit per sekund, energiförbrukning i nivå med batterisparläge och ett helt nytt sätt att se på trådlös uppkoppling hemma och på jobbet.

Med över 360 gigabit per sekund i överföringshastighet har forskare visat att framtidens internet kanske inte kommer från routrar, utan från ljuskällor i taket. Tekniken utnyttjar synligt ljus istället för radiovågor, vilket öppnar för möjligheter som Wi-Fi aldrig kommer att kunna matcha. Experter påpekar att det synliga ljusspektrumet är upp till 10 000 gånger bredare än hela det radiospektrum vi använder idag för allt från mobilnät till Bluetooth.

När allt fler enheter tävlar om samma radiofrekvenser blir nätverken långsammare och mer instabila. Därför söker forskare nu alternativa sätt att skicka data på, och ljus visar sig vara en mycket lovande kandidat.

Hur fungerar internet via ljus istället för radiovågor

Det beskrivna systemet tillhör familjen av lösningar som går under beteckningen Li-Fi och VLC (Visible Light Communication), alltså kommunikation med hjälp av synligt ljus. I praktiken innebär det att data inte skickas genom radiovågor som vid Wi-Fi eller 5G, utan genom modulerade ljuspulser från speciella dioder eller lasrar.

I det brittiska experimentet använde forskarna en matris av miniatyrlasrar av typen VCSEL. Det är samma typ av komponenter som används för ultrahastiga förbindelser inne i datacenter. Forskarna ställde upp dem i ett rutnät på 5 gånger 5 enheter och behandlade dem som en enda superhastigt sändare-mottagare.

Systemet nådde en total överföringshastighet på 362,7 gigabit per sekund över ett avstånd på cirka två meter med en mycket låg energiförbrukning på omkring 1,4 nanojoule per bit. Varje enskild laser i matrisen överförde mellan 13 och 19 gigabit per sekund. Tillsammans gav det ett resultat som inte bara slår hemma-Wi-Fi, utan också de allra flesta professionella förbindelser som används i kontor och serverrum idag.

De brittiska forskarna har dokumenterat att tekniken redan är mogen nog för tester i kontrollerade miljöer. Nästa steg blir att göra systemet robust nog för daglig användning.

Så pressade ingenjörerna ut så hög hastighet ur ljuset

Nyckeln ligger i hur ingenjörerna ”packade” data i ljuset. De använde så kallad frekvensdelningsmodulering, en teknik som är känd från moderna mobilnät och Wi-Fi, men som här har överförts till det optiska området.

Förenklat sagt: istället för att skicka hela informationen genom en ”kanal”, delar systemet upp den i många smalare spår som skickas parallellt. Varje spår bär en del av datan, så att allt kommer fram långt snabbare utan att öka antalet transmissionsfel.

Lika viktig är frågan om energieffektivitet. Vid de nämnda 1,4 nanojoule per bit kan en sådan lasersändare hantera enorm datatrafik med en strömförbrukning som i en byggnad eller på en campus faller mer fördelaktigt ut än traditionella Wi-Fi-accesspunkter.

I praktiken är tekniken inte tänkt som en ersättning för Wi-Fi, utan snarare som ett komplement som kan avlasta och ta lite tryck från de redan överbelastade interna nätverken.

Varför ljus slår radiovågor på hastighet och kapacitet

Den stora fördelen med Li-Fi är den tillgängliga bandbredden. Synligt ljus disponerar över ett område som uppskattas vara upp till 10 000 gånger bredare än hela det moderna radiospektrumet. Och radiospektrumet måste redan idag delas mellan radiofoni, tv, Wi-Fi, mobilnät, Bluetooth och ett hav av IoT-enheter.

I takt med att antalet apparater i hem och kontor ökar – från bärbara datorer över spelkonsoler till smarta lampor – blir radiospektrumet mer och mer överbelastat. Kommunikation med hjälp av ljus flyttar detta problem åt sidan, eftersom det verkar i ett helt annat område.

Exempel på fördelar med så bred bandbredd med snabb optisk teknik:

nedladdning av åtskilliga HD-filmer på bråkdelar av en sekund
laggfritt cloud gaming även vid högsta grafikinställningar
trådlösa VR- och AR-stationer utan kablar som trasslar sig i vardagsrummet
hantering av tusentals sensorer och kameror i samma byggnad utan ömsesidig störning
samtidig streaming av 8K-video till flera skärmar utan buffring
ögonblicklig synkronisering av stora datamängder mellan arbetsstationer
problemfria videokonferenser med åtskilliga deltagare i 4K-upplösning
snabb backup av terabytes data från servrar till molnlagring

Beräkningar från forskarna säger det rakt ut: vid sådana hastigheter är det realistiskt att ladda ner hela 20 HD-filmer på bara en sekund. Till jämförelse skulle en typisk fiberanslutning på 1 gigabit per sekund behöva flera minuter för samma uppgift.

Hur laserinternet förhåller sig till hemma-Wi-Fi

Den nya tekniken stjäl inte jobbet från routrarna i vardagsrummet. Den ändrar snarare sättet som de själva i framtiden kommer att anslutas till resten av nätverket. Man kan föreställa sig ett scenario där laserförbindelser blir en sorts ”intern fiberoptisk kabel i luften” – istället för att dra kablar mellan skrivbord eller rackskåp skulle det räcka att installera sändare och mottagare i synlinje.

Det ger flexibilitet i kontorsmiljöer, där man ofta omorganiserar möbler och arbetsplatser. Samtidigt kan tekniken komplettera Wi-Fi i områden där radioförbindelsen är svag eller instabil på grund av tjocka väggar eller metallstrukturer.

Forskare från universitet i Storbritannien och USA arbetar för närvarande på att kombinera Li-Fi med traditionella trådlösa system, så att enheter automatiskt byter mellan ljus och radiovågor beroende på vad som ger den bästa förbindelsen.

Större säkerhet eftersom signalen inte tränger genom väggar

Synligt ljus och nära-infrarött ljus går inte genom ogenomskinliga väggar, dörrar eller möbler. Det är en begränsning sett från räckviddsperspektivet, men samtidigt en stor fördel när det gäller säkerhet.

Signalen sipprar inte ut genom fönster eller in till grannen, så det är svårare att fånga upp utifrån och svårare att störa. För företag och institutioner som arbetar inom känsliga områden som finans, hälsa eller försvarsindustri kan denna form av förbindelse minska risken för avlyssning.

Även i privata hem ger det en enkel fördel: grannen med en kraftig antenn kan inte fånga upp vad som händer i ett nätverk baserat på ljus, såvida inte vederbörande har fysisk ”insyn” till sändaren. Dessutom är systemet mindre mottagligt för störningar från andra apparater. Mikrovågsugn, gammal router i grannens lägenhet eller Bluetooth från en högtalare påverkar inte signalen mellan lasrarna.

Säkerhetsexperter framhåller att Li-Fi kan bli en viktig komponent i framtidens cyberförsvar, särskilt i miljöer med stränga krav på dataskydd.

Var kommer systemet först att tas i bruk

Även om visionen om internet från taklampan är lockande, kommer de första naturliga användningsområdena snarare att vara specialiserade miljöer. Det diskuteras redan användning av tekniken bland annat i datacenter som komplement till eller ersättning för vissa fiberoptiska förbindelser, på sjukhus där radiovågor ibland begränsas på grund av känslig utrustning, i flygplatser och på tågstationer för att avlasta överbelastade Wi-Fi-nätverk, i fabriker för kommunikation med robotar och produktionslinjer där det är svårt att lägga nya kablar, och på universitetscampus vid överföring av mycket stora forskningsdatamängder.

Till konsumentmarknaden kommer sådana lösningar troligen senare, när kostnaderna för komponenterna sjunker, standarder etableras och det dyker upp utrustning som problemfritt samarbetar med nuvarande routrar och hemmodem.

Ingen vet ännu exakt när du kan köpa en Li-Fi-lampa i elektronikaffären, men forskarna är säkra på att tekniken kommer att hitta väg till vissa nischer inom de närmaste åren.

Vad kan tekniken förändra i vardagen

Om laserförbindelser hittar vägen till privata hem kan sättet att använda nätverket på förändras markant. Istället för en ”central” accesspunkt kan det uppstå specialiserade zoner med mycket snabb kommunikation. Exempelvis kan det i vardagsrummet vid teven och konsolen dyka upp en dedikerad optisk modul för gaming och streaming, medan det i arbetsrummet installeras en sändare till arbetsstationen och filservern.

Det är viktigt att komma ihåg begränsningarna: en förbindelse baserad på ljus kräver att sändare och mottagare kan se varandra. Om någon går in emellan dem försvagas eller försvinner signalen. Därför måste tillverkarna hitta smarta lösningar som reflekterande ytor, flera sändare i samma rum eller automatisk växling till klassiskt Wi-Fi vid tillfällig förlust av optisk räckvidd.

Från slutanvändarens perspektiv är frågan om standarder också väsentlig. Liksom vi idag har accepterat Wi-Fi 6 eller 6E, kommer standardiseringsorganisationer under kommande år att försöka bringa ordning i segmentet för ljuskommunikation. Det avgör om en bärbar dator, telefon och teve om några år faktiskt kan ”prata med varandra” med nya typer av sändare från olika tillverkare.

Hittills visar testet på 362,7 gigabit per sekund över kort avstånd en sak: de reserver som kommunikation med hjälp av ljus gömmer på är enorma. Och det betyder att vi i kapplöpningen om snabbare och mer strömsnålt internet inte har uttömt alla möjligheter ännu – radiovågor är inte det enda sättet att skicka data trådlöst på.