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Sichtbare Lichtkommunikation und intelligente Beleuchtung sowie deren Industrialisierung

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01 | Vorteile der sichtbaren Lichtkommunikation und der aktuelle Stand der Li-Fi-Technologie


1. Markt- und Technologieschmerzpunkte

Die moderne drahtlose Kommunikation hat nach hunderten Jahren der Forschung den modernen Alltag erheblich erleichtert, steht jedoch weiterhin vor einigen ungelösten Problemen, wie etwa: Sperrzonen für die Unterwasser-Drahtloskommunikation, schwere gleichfrequente elektromagnetische Störungen in komplexen Industrieumgebungen und die Anfälligkeit der drahtlosen Kommunikation für Abhören und Ortung.

2. Anwendungsaussichten der Technologie der sichtbaren Lichtkommunikation

Die Technologie der sichtbaren Lichtkommunikation (Li-Fi) bietet unersetzliche Vorteile gegenüber herkömmlicher funkbasierter Drahtloskommunikation in militärischen und industriellen Anwendungen; sie ermöglicht Hochgeschwindigkeitskommunikation unter Wasser und gewährleistet eine zuverlässige, schnelle Datenübertragung in komplexen industriellen elektromagnetischen Umgebungen, wobei sie starken elektromagnetischen Störungen widersteht. Sichtbare Lichtkommunikation ermöglicht zudem eine zuverlässige Kommunikation zwischen beweglichen und stationären Objekten. Unterwasser-Systeme für sichtbare Lichtkommunikation können langstreckige, hochgeschwindigkeitsfähige Unterwasser-Datenverbindungen zwischen U-Booten, Kampfplattformen und faseroptischen Sensornetzen aufbauen, was die Taktiken und Praktiken der Unterwasserkriegsführung potenziell verändern könnte. Als Indoor-Zugangstechnologie kompensiert die sichtbare Lichtkommunikation zudem perfekt die unzureichende Indoor-Abdeckung von 5G.

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3. Überblick über das technische Gebiet

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Derzeit befindet sich der chinesische Markt für intelligente Beleuchtung mit sichtbarer Lichtkommunikation in der Anfangsphase, wobei die Marktnachfrage stetig wächst. Im militärischen Sektor gibt es keine inländisch entwickelten, kontrollierbaren und ausgereiften kommerziellen Produkte, die dem Militär zur Verfügung stehen; sowohl die USA als auch das Vereinigte Königreich haben spezialisierte Unternehmen, die in diesem Bereich tätig sind. Der Industriesektor wird von Hokuyo aus Japan und Pepperl+Fuchs aus Deutschland monopolisiert. Im zivilen Sektor führen Unternehmen wie Philips und Cree die Entwicklung der Industrie an. Im Bereich der intelligenten Beleuchtung ist der Markt für neue Infrastruktur in China enorm groß.

4. Vorteile der Li-Fi-Technologie

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5. Prinzipien der LiFi-Technologie
Die Internetgeschwindigkeit von Li-Fi ist hundertmal schneller als die von Wi-Fi. Li-Fi, oder sichtbare Lichtkommunikation (VLC), auch bekannt als „Lichttreue“, ist eine neue drahtlose Kommunikationstechnologie, die von Harald Haas aus Deutschland erfunden wurde. Im Wesentlichen nutzt sie allgegenwärtige LED-Leuchten; indem ein winziger Chip in diese Glühbirnen eingebaut wird, um ein Übertragungsterminal zu bilden, bietet es Benutzern ein stabiles und effizientes System für die innenraumtaugliche sichtbare Lichtkommunikation.
6. Einschränkungen bei der Entwicklung der LiFi-Technologie
  • Im Vergleich zu Wi-Fi verfügt LiFi über erheblich reduzierte Anti-Interferenz- und Durchdringungsfähigkeiten. Wenn der Lichtweg zwischen Sender und Empfänger blockiert ist, stoppt die Datenübertragung sofort, geschweige denn das Durchdringen von Wänden.

  • Sichtbares Licht ist nicht für die bidirektionale Informationsübertragung geeignet, da es schwierig ist, Rücksignale zu übertragen. Wenn Rücksignale über das Netzwerk übertragen werden sollen, muss jede Glühbirne / Leuchtmittel an ein Netzwerkkabel angeschlossen werden. Für die Signalrückübertragung muss das Empfangsgerät ebenfalls mit einer Glühbirne / Leuchtmittel ausgestattet sein und eine präzise Ausrichtung erfordern; andernfalls steigt die Geschwindigkeit nicht. Daher ist die unidirektionale Übertragung besser für die sichtbare Lichtkommunikation (Li-Fi) geeignet, indem die Technologie des sichtbaren Lichts in Szenarien angewendet wird, in denen keine Informationsrückübertragung erforderlich ist.

  • Aufgrund des Mangels an relativ ausgereiften Chips ist die Ausrüstung, die von Forschern im Fudan-Labor verwendet wird, so groß wie zwei Laptops. Um die Ausrüstung zu verkleinern, müssen die Chips verkleinert werden, was finanzielle Unterstützung für die F&E der Chiptechnologie erfordert.




02 | Anwendung von Li-Fi in intelligenten Straßenlaternen

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1. Sichtbare Lichtkommunikation löst die Schmerzpunkte der Industrie für intelligente Straßenlaternenmasten

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2. Datenübertragungslösung für dichte Li-Fi-Lichtnetze

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Vorteile der Infrarotlichtübertragung:

  • Starke Richtungsabhängigkeit, wodurch Störungen durch Steuerung der Richtung vermieden werden können;
  • Kurze Übertragungsdistanz vermeidet komplexe Routing und Konflikte;
  • Allwetter-Übertragung, beständig gegen Regen, Schnee, Nebel usw.


3. Datenvernetzung mehrerer Endgeräte innerhalb von Li-Fi-Straßenlaternen

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03 | Unterwasser-Li-Fi-Terminal und -Technologie

1. Unterwasser-Terminal für sichtbare Lichtkommunikation
Amphibisches Li-Fi-Terminal (Prototyp)

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Übertragungsdistanz: Über 100 Meter unter Wasser, 200 Meter in der Luft;

Kommunikation von Video-, Audio- und Mehrkanal-Sensorinformationen.


Tragbares sichtbares Lichtkommunikations-Terminal (Prototyp)

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Übertragungsdistanz: 50 Meter unter Wasser, 100 Meter in der Luft;

Bietet Vollduplex-Sprachkommunikation.


2. Unterwasser-Basisstation für optische Kommunikation

Militärische Unterwasser-Optikkommunikations-Basisstation (in Entwicklung)

Abdeckung der Unterwasser-Basisstation für optische Kommunikation: 200 Meter;

Audiovisuelle und mehrkanalige Sensorinformationskommunikation;

Synchrone Bereitstellung von Unterwasser-Schlagkräften und Basisstationen;

Datenerfassung des Unterwasser-Sensornetzwerks.


Zivile Unterwasser-Optikkommunikations-Basisstation (In Entwicklung)

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  • bietet Kommunikationsabdeckung für Unterwasserarbeiten;

  • Tauchunterhaltung bietet Sicherheitsgarantie;

  • Unterwasser-Forschungsstation, Unterwasser-Sensornetzwerk.


3. Technologische Innovation

Hohe Integration und hohe Leistung

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Subwellenlängen-Ideal-LED
  • schlägt ein subwellenlängiges ideales LED-Modell vor;

  • hat erfolgreich eine LED mit subwellenlängiger vertikaler Struktur mit einer Dicke von 225nm und einer Emissionswellenlänge von 411nm entwickelt;

  • Die neue LED-Struktur verbessert die Lichtausbeute, reduziert die Sperrschichtkapazität, verringert die Wärmeentwicklung der LEDs und erweitert die 3-dB-Bandbreite der LEDs;

  • Unterwasser-Sichtlichtkommunikationssystem, erstmals mit dieser LED ausgestattet, um die Hochgeschwindigkeitskommunikation mit 60 Mbps in einem 10-Meter-Wassertank zu验证ieren.

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Adaptive Intelligente Beleuchtung
Passt die Beleuchtungsstärke aktiv an die externe Lichtumgebung an

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Koexistenz von Lichtemission und -detektion in Quantentopf-Dioden
Das erste räumliche optische Kommunikations-Verifizierungssystem, das gleichzeitig Lichtemission und Lichtdetektion erreicht

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Mehrdimensionale Modulations- und Demodulationstechnologie für sichtbare Lichtkanäle

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04 | Aowei Technology Intelligente Beleuchtungslösung

Aowei Technology wurde Anfang 2015 gegründet. Das Unternehmen befindet sich im Jingang Science and Innovation Park, Nr. 1 Kechuang Road, Straßenviertel Yaohua, Bezirk Qixia, Stadt Nanjing, Provinz Jiangsu. Das Kerntechnikteam stammt von einer Gruppe hervorragender technischer Fachkräfte aus Unternehmen wie ZTE Corporation, Huawei Technologies, China Telecom und HP. Derzeit hat es drei F&E-Bereiche gebildet: Hardware-F&E und -produktion, Entwicklung eingebetteter Software und Entwicklung von IoT-Cloud-Plattformsoftware. Im Bereich des Internet der Dinge (IoT) wurden 18 Software-Urheberrechte und 1 Patent erworben.

1. Unternehmensqualifikationen:
  • Hightech-Unternehmen

  • ISO9001 Qualitätsmanagementsystem

  • Technologische KMU der Provinz Jiangsu

  • Mitglied der China LoRa Application Alliance

  • Mitglied der China Unicom 5G-Anwendungs-Innovationsallianz


2. Entwicklungsgeschichte

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3. Branchenprobleme

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4. Aowei Technology Hauptproduktserie
IoT-Cloud-Plattform:

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Kennzeichen-Auflösungsdienst:

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Netzwerk-Layer-Datenübertragungsgeräte für Innen- und Außenbereich:
  • Mini IWG M20
  • Außen-IWG B30

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Edge-Computing-Gateway der Wahrnehmungsschicht: AW-DTU-F901

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Implementiert Datenoptimierung, Echtzeitreaktion, agile Konnektivität und Modellanalyse an IoT-Edge-Knoten und treibt das digitale IoT im 5G-Zeitalter voran. Weit verbreitet einsetzbar in verschiedenen IoT-Bereichen wie intelligenten Stromnetzen, Smart Cities und intelligenten Gebäuden.

Intelligenter Steuerungscontroller der Ausführungsebene: AW-ACU-M002

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Autor


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Dr. Yang Bo


Gründer und Geschäftsführer von Aowei Technology (Nanjing) Co., Ltd.

Senior-Projektmanager für Informationssysteme

Senior Engineer. Abschluss mit einem Masterabschluss an der Xidian-Universität im Jahr 2005; seit 2016 studierte er die Theorie des Phononenlasers unter der Anleitung des renommierten Nobelpreisträgers Herrn Peter Grunberg und führte Lernen und Forschung zur Unterwasser-Li-Fi-Technologie unter der Leitung von Professor Wang Yongjin von der Nanjing University of Posts and Telecommunications durch. Im Dezember 2019 promovierte er an der Nanjing University of Posts and Telecommunications im Fach Kommunikations- und Informationssysteme. Im Jahr 2019 gründete er Aowei Technology (Nanjing) Co., Ltd. und organisierte die F&E und Lieferung mehrerer Produkte, darunter Kangli Elevator Cloud, das IoT-Zählerableseprojekt von China Resources Gas, das agile intelligente Fertigungssystem von Huaxing Yuanchuang, das Kanban-System von Luxshare Precision, intelligente industrielle Steuergeräte, Stirnthermometer und EMS-Physiotherapiegeräte. Zuvor war er im F&E-Zentrum von ZTE in Nanjing tätig.


Veröffentlichte 15 Artikel in nationalen und in SCI/EI indexierten Zeitschriften und wurde eingeladen, 2 internationale akademische Berichte zu halten. Insgesamt wurden 12 Patente beantragt und erteilt, darunter 2 internationale Patente, wobei 1 Patent in den internationalen Standard 3GPP aufgenommen wurde.




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