Licht als alternatief voor drukke radiosignalen? Onderzoekers zetten stap richting 6G-netwerken

Wetenschappers van de South China University of Technology hebben een laser-aangedreven systeem ontwikkeld waarmee data op hoge snelheid via zichtbaar wit licht over meer dan 1,2 kilometer kan worden verstuurd. Dat is een flinke sprong vergeleken met gebruikelijke zichtbaar-lichtcommunicatie, die meestal tot enkele meters reikt.

De technologie wordt gezien als mogelijke bouwsteen voor 6G, de volgende generatie mobiele netwerken na 5G. Die moet rond 2030 sneller, betrouwbaarder en energiezuiniger worden. Toch plaatsen experts, onder wie Jean-Paul Linnartz van de TU Eindhoven en TNO, kanttekeningen bij de praktische toepasbaarheid van zichtbaar licht.

Schrijf je in voor de nieuwsbrief! Ook elke dag vers het laatste wetenschapsnieuws in je inbox? Of elke week? Schrijf je hier in voor de nieuwsbrief!

Waarom niet stoppen bij 5G?

Het gebruik van mobiele netwerken blijft groeien, van smartphones tot zelfrijdende auto’s en AI-systemen. Daardoor raakt het radiospectrum (de beschikbare frequenties voor draadloze communicatie) steeds voller. “Het radiospectrum is beperkt en wordt al intensief gebruikt”, zegt Linnartz. “Elke draadloze verbinding gebruikt een stukje frequentie. Omdat bijna alle frequenties al bezet zijn, wordt het steeds moeilijker om nieuwe verbindingen toe te voegen zonder storing.”

Onderzoekers kijken daarom naar alternatieven naast traditionele radiosignalen. Een van de veelbelovende opties is communicatie via zichtbaar licht, ook wel VLC of LiFi genoemd, of via infrarood licht. Bij deze technieken wordt data verstuurd via licht in plaats van radiogolven. In het optische spectrum is namelijk nog veel ruimte voor extra verbindingen.

Data als auto’s op de snelweg

Je kunt een netwerk zien als een snelweg voor informatie. Wanneer je bijvoorbeeld een WhatsApp-berichtje verstuurt, zet je telefoon dit om in een pakketje digitale data, dat via zendmasten en andere netwerkpunten naar de ontvanger reist. Hoe meer apparaten tegelijk data versturen, hoe drukker die onzichtbare snelwegen worden. Lichtcommunicatie kan dan een extra rijbaan toevoegen naast de bestaande radiosignalen.

Waar 5G volledig afhankelijk is van radiofrequenties, zou 6G radio en licht kunnen combineren. Bestaande VLC-systemen gebruiken meestal LED-verlichting en werken vooral op korte afstanden van enkele meters. Daarnaast zijn er al diverse bedrijven die systemen aanbieden die met infrarood licht communiceren over afstanden van kilometers. TNO en ESA demonstreerden onlangs lichtcommunicatie met satellieten op 36.000 km afstand.

Het nieuwe onderzoek beschrijft een alternatief: een laser-aangedreven systeem dat wit licht gebruikt om data over meer dan 1,2 kilometer te verzenden. Daarbij ontwikkelden de onderzoekers een keramisch materiaal dat warmte veel beter afvoert dan bestaande materialen. Daardoor kan het systeem meer laservermogen aan.

Radio en licht vullen elkaar aan

Volgens Linnartz is het onwaarschijnlijk dat lichtcommunicatie radio uiteindelijk zal vervangen. In plaats daarvan verwacht hij dat beide technologieën naast elkaar gaan functioneren binnen 6G-netwerken, elk met een eigen rol. “Radio blijft belangrijk, maar lichttechnologieën zoals VLC en infrarood licht bieden extra mogelijkheden”, zegt hij. “Ze krijgen ieder hun eigen rol in het netwerk.”

Die rolverdeling verschilt per toepassing. Voor korte afstanden, bijvoorbeeld binnenshuis, kan communicatie via licht een belangrijke aanvulling worden. Juist daar ontstaat veel dataverkeer en traditionele wifi- of mobiele verbindingen lopen in drukke omgevingen sneller tegen beperkingen aan. In die context wordt volgens Linnartz steeds vaker gekeken naar communicatie via nabij infrarood, in plaats van zichtbaar licht.

Voor lange afstanden ziet hij juist een andere toepassing: optische laserverbindingen die dienen als digitale ruggengraat van het netwerk. Die verbindingen kunnen grote hoeveelheden data over kilometers transporteren en vormen daarmee een alternatief voor delen van de klassieke netwerkbackbone.

Niet alleen sneller

De ambities van 6G gaan verder dan alleen hogere downloadsnelheden. “Een betere betrouwbaarheid is minstens zo belangrijk”, zegt Linnartz. “Daardoor wordt bijvoorbeeld autonoom rijden realistischer.” Toekomstige netwerken zouden namelijk objecten en bewegingen beter kunnen detecteren. Daarnaast is het doel dat 6G zuiniger wordt dan eerdere netwerken.

Leestip: Met deze nieuwe 6G-technologie download je straks een speelfilm in één seconde

Ook de dekking moet verbeteren. Omdat 6G satellieten in lage banen rond de aarde zou combineren met mobiele netwerken, kunnen snelle verbindingen mogelijk ook beschikbaar worden in afgelegen gebieden zoals oceanen, berggebieden en woestijnen.

Daarnaast krijgt 6G waarschijnlijk een rol in lokalisatie en verkeersmanagement. “6G gaat niet alleen voor communicatie gebruikt worden, maar ook voor lokalisatie met behulp van radarwaarneming”, zegt Linnartz. “Dat biedt bijvoorbeeld de mogelijkheid om verkeersstromen beter te sturen.” Ook in de zorg en industrie kan de technologie nieuwe toepassingen mogelijk maken. Denk aan geavanceerde beeldondersteuning tijdens operaties of industriële machines die vrijwel realtime software-updates ontvangen.

Maar er zijn nog grote uitdagingen

Toch is Linnartz kritisch op de directe claims van de nieuwe studie. Zo vraagt hij zich af of zichtbaar licht in de praktijk wel goed werkt buiten gecontroleerde omstandigheden. “Overdag levert zonlicht heel veel ruis op waardoor het signaal moeilijk detecteerbaar is”, zegt hij. “Ik ben daarom niet overtuigd dat het systeem overdag goed werkt.” Ook zijn er praktische zorgen over lichtvervuiling en oogveiligheid.

Daarnaast blijven de datasnelheden volgens Linnartz nog ver onder wat nodig is voor de netwerk-backbone en blijven achter bij wat in het infrarode spectrum is bereikt. Volgens hem zijn de resultaten van lasertechnologie interessant, maar is de praktische toepassing van zichtbaar licht in 6G nog verre van zeker.

De onderzoekers wijzen bovendien zelf op beperkingen: het systeem mist nog rode lichtcomponenten en werkt nog lang niet op glasvezelsnelheid.

Een eerste stap richting 6G

Ondanks die beperkingen ziet het onderzoek wel een belangrijke ontwikkeling. Het laat zien dat lichtcommunicatie steeds serieuzer wordt meegenomen in de zoektocht naar 6G. De verwachting is dat toekomstige netwerken niet op één technologie draaien, maar op een combinatie van radio, licht, satellieten en AI.

Wil je niets van Scientias missen? Volg Scientias op Google Discover dan zie je al onze verhalen!

Uitgelezen? Luister ook eens naar de Scientias Podcast: