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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Einrichtung zur Übertragung einer Alarmmeldung, wie z. B. eines Einbruchalarms oder eines Überfallalarms, über eine optische Freiraumstrecke.
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Aus dem Stand der Technik sind zahlreiche Verfahren für eine Übertragung einer Alarmmeldung bekannt. Insbesondere ist bei Einbruchs- oder Überfallmeldeanlagen bekannt, im Alarmfall einen sogenannten »stillen Alarm« an einen Alarmempfänger, beispielsweise ein Wachunternehmen oder eine Polizeibehörde, abzusetzen.
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Ein stiller Alarm zeichnet sich dadurch aus, dass ein Täter, also ein Einbrecher oder Überfallender, bei einer Alarmmeldung zunächst keine Kenntnis von dieser Alarmmeldung erhalten soll, um einen Erfolg eines Zugriffs auf den Täter nicht durch eine Kenntnisnahme des Täters von der Alarmmeldung zu gefährden. Ein stiller Alarm ist weiterhin vorteilhaft, um sich in Gefahr befindende Personen vor Gewaltexzessen des Täters in Folge einer sicht- oder hörbaren Alarmmeldung zu schützen.
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Gängige Verfahren zur Übertragung einer stillen Alarmmeldung sehen daher vor, dass in einem Alarmfall eine Verbindung, beispielsweise Funk- oder Fernmeldeverbindung, zwischen einem Alarmgeber und dem Alarmempfänger aufgebaut wird, wobei der Alarmmeldung zugeordnete Daten wie z. B. der Alarmort, der auslösende Alarmgeber sowie weitere Daten wie Aufnahmen vom Alarmort, über die Fernmeldeverbindung in kodierter oder auch, mit Hilfe eines Sprachsynthesesystems, in sprachlicher Weise, übertragen werden.
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Ein Nachteil der genannten Alarmübertragungstechniken besteht indes darin, dass Täter zumindest indirekt von einer stillen Alarmauslösung Kenntnis erlangen können. Beispielsweise ist es denkbar, dass eine Tätermehrheit eine Überwachung des Funkverkehrs oder eine Überwachung von Telekommunikationsverbindungen während der Tatbegehung durchführt. Wenngleich die stillen Alarmmeldungen über derartige Übertragungswege verschlüsselt transportiert werden, kann alleine ein Auftreten oder Häufung im Tatzusammenhang auf einen stillen Alarm hindeuten.
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Des Weiteren ist eine Alarmübertragungstechnik unter Einsatz von Radiowellen anfällig gegenüber einem Einsatz von Störsendern. Da Radiowellen auch durch Wände dringen, muss ein zum böswilligen Verhindern von Alarmübertragungen eingesetzter Störsender noch nicht einmal im gleichen Bereich sein, in dem der stille Alarm ausgelöst wird.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine alternatives Verfahren für eine Übertragung von Alarmmeldungen, insbesondere zur Verwirklichung eines stillen Alarms, anzugeben, mit dem eine indirekte Kenntniserlangung bei einer Alarmübertragung weitgehend unterbunden wird.
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Eine Lösung der Aufgabe erfolgt durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und, hinsichtlich ihres Vorrichtungsaspekts, durch eine Einrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 3.
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Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Übertragung einer Alarmmeldung ist vorgesehen, dass der Alarmmeldung zugeordnete digitale Daten auf Lichtwellen mit einer sichtbaren Wellenlänge moduliert und von einem Beleuchtungsmittel über eine optische Freiraumstrecke gesendet werden, wobei die Modulation derart eingestellt wird, dass vom Beleuchtungsmittel zum Zwecke einer Beleuchtung abgestrahltes Licht in Folge der Übertragung keine sichtbare Änderung erfährt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich durch eine weitgehend erschwerte Kenntnisnahme aus.
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Das erfindungsgemäße Verfahren verwendet in vorteilhafter Weise ein z. B. bereits vorhandenes Beleuchtungsmittel, also beispielsweise eine aus Leuchtdioden gebildete Raumbeleuchtung zur Übertragung der Alarmmeldung.
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Ein weiterer besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass die Übertragung der Alarmmeldung im Gegensatz zu anderen, beispielsweise funkbasierten Übertragungstechniken, nur schwer gestört werden kann.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird zur Modulation der sichtbaren Wellenlänge mit den digitalen Daten
- – eine Amplitudenmodulation und/oder,
- – eine Frequenzmodulation und/oder,
- – eine Phasenmodulation und/oder,
- – eine Pulsbreitenmodulation und/oder,
- – eines Farbkodierungsverfahrens und/oder,
- – eine Pulspositionsmodulation eingesetzt. Der Einsatz der genannten Verfahren kann kumulativ oder optional erfolgen und ist vorzugsweise auf das Basisband bezogen.
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Ein Ausführungsbeispiel mit weiteren Vorteilen und Ausgestaltungen der Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert.
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Dabei zeigen:
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1: ein Strukturbild einer Einrichtung zur Übertragung einer Alarmmeldung gemäß einer ersten Ausführungsform; und;
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2: ein Strukturbild einer Einrichtung zur Übertragung einer Alarmmeldung gemäß einer zweiten Ausführungsform.
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Aus dem Stand der Technik sind Datenübertragungsverfaheren mittels sichtbaren Lichts (»Visible-Light Communications«, VLC) bekannt, welche beispielsweise in Ergänzung zu herkömmlichen Funktechnik eingesetzt werden kann. Daten lassen sich dabei beispielsweise über lichtemittierende Dioden bzw. Leuchtdioden übertragen. Ein zu übertragender Datenstrom wird dabei in Form von für Menschen nicht wahrnehmbaren Modulationen übertragen.
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Anhand von 1 wird nun eine Einrichtung zur Übertragung einer Alarmmeldung gemäß einer ersten Ausführungsform erläutert. Für die optische Übertragung der Alarmmeldung werden der Alarmmeldung zugeordnete digitale Daten in zwei Schritten umgesetzt, wobei zunächst mittels eines Kodierverfahrens eine serielle Kodesequenz, d. h. eine kodierte Folge von Binärdaten erzeugt wird, die den Lichtwellen anschließend mittels eines Modulationsverfahrens aufmoduliert wird.
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Eine Kodierung der digitalen Daten erfolgt in der Praxis auf zwei Arten, wobei entweder die einzelnen Binärwerte oder aber die Übergänge von Binärwerten als Signalpegel kodiert werden. Im ersten Fall wird beispielsweise eine so genannte NRZ-Kodierung (NRZ = Non-Return-To-Zero-Level) eingesetzt, bei der eine logische Null mit einem niedrigen Signalpegel und eine logische Eins mit einem hohen Signalpegel kodiert werden. Im zweiten Fall wird beispielsweise die so genannte Manchester-Kodierung eingesetzt, bei der jede Bitperiode in zwei Hälften geteilt wird, wobei eine logische Eins mit einem niedrigen Signalpegel am Anfang und einem hohen Signalpegel am Ende, eine logische Null in entsprechend umgekehrter Weise, dargestellt wird.
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In 1 ist ein insgesamt mit der Bezugszahl 100 bezeichnetes optisches Alarmübertragungssystem schematisch dargestellt. Das optische Alarmübertragungssystem 100 umfasst einen Sender 101 mit einer modulierbaren Lichtquelle 103 und einen Empfänger 107 mit einem Fotodetektor 108.
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Der Lichtquelle 103 ist ein kombinierter Kodierer/Wandler 102 vorgeschaltet, dem einer Alarmmeldung zugeordnete digitale Daten 104 an einem nicht näher dargestellten Signaleingang zugeführt werden.
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Die am Ausgang des Kodierer/Wandlers 102 erzeugte serielle Kodesequenz 105 wird einem in der modulierbaren Lichtquelle 103 generierten Lichtstrahl 106 aufmoduliert, der durch den freien Raum in Richtung Empfänger 107 abgestrahlt wird. Im Photodetektor 108 des Empfängers 107 wird der Lichtstrahl empfangen und demoduliert, wodurch die serielle Kodesequenz 105 zurückgewonnen wird.
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Dem Photodetektor 108 ist ein kombinierter Dekodierer/Rückwandler 109 nachgeschaltet, dem die zurückgewonnene Kodesequenz 105 in einem nicht näher dargestellten Signaleingang zugeführt wird. Im Dekodierer/Rückwandler 109 wird die Kodesequenz 105 in die die zu übertragenden Binärdaten 104 durch Anwenden eines inversen Kodierverfahrens zurückgewonnen, welche an einem nicht näher bezeichneten Signalausgang des Dekodierer/Rückwandlers 109 bereitgestellt werden.
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Zur Modulation der sichtbaren Wellenlänge mit den digitalen Daten können weitgehend beliebige Verfahren wie beispielsweise Amplituden-, Frequenz- oder Phasen- und/oder Pulsbreiten- und/oder Pulspositionsmodulation zum Einsatz kommen, wobei auch eine jeweilige Kombination der Modulationsverfahren zum Einsatz kommen kann.
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Anhand von 2 wird nun eine Einrichtung zur Übertragung einer Alarmmeldung gemäß einer zweiten Ausführungsform erläutert. Die zweite Ausführungsform wendet ein Kodierungsverfahren für sichtbares Licht an, das auf einer Farbkodierung mit Elementarfarben beruht. Auf ein solches Verfahren wird in der Fachwelt auch unter dem Begriff CSK (»Color Shift Keying«) Bezug genommen. Weitere ältere Bezeichnungen für dieses Kodierungsverfahren sind CCM (»Color Code Modulation«) oder CMC (»Color Multiplex Coding«).
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Das Funktionsprinzip von VLC unter Anwendung dieses Farbkodierungsverfahrens besteht grob gesagt darin, eine aus mehreren Elementarfarben gemischte Beleuchtung zur Übertragung von Daten zu verwenden, wobei die jeweiligen Elementarfarben derart rasch moduliert werden, dass für das menschliche Auge in der Summe eine kontinuierliche Mischfarbe, üblicherweise weißes Raumlicht, erkannt wird. Hierzu werden drei Elementarfarben, bspw. rot, grün und blau, verwendet, welche in technisch ausgereifter Weise durch entsprechende Leuchtdioden emittierbar sind.
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Das Alarmübertragungssystem gemäß 2 besteht im Wesentlichen aus einem im linken Teil angeordneten Sender, sowie einem im rechten Teil angeordneten Empfänger.
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Auf der Senderseite werden digitale Daten DAT zunächst einem Farbkodierer CC zugeführt. Die Daten DAT werden im Farbkodierer entsprechend einer Übersetzungsregel in XY-Werte umgewandelt. Am Ausgang des Farbkodierers CC werden diese zweidimensionalen Daten – in der Zeichnung durch zwei Pfeile symbolisiert – einem Transformer TR zugeführt, an dessen Ausgang drei digitale Intensitätsdaten für eine Intensität jeweils einer von drei Elementarfarben zur Verfügung gestellt werden.
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Ein jeweiliges digitales Intensitätsdatum wird einem Konverter DA zugeführt, in welchem die digitalen Intensitätsdaten in analoge Intensitätsdaten gewandelt werden. Diese analogen Intensitätsdaten werden einer jeweils zugehörigen optischen Strahlungsquelle Ti, Tj, Tk, also einer ersten optischen Strahlungsquelle Ti, einer zweiten optischen Strahlungsquelle Ti, und einer dritten optischen Strahlungsquelle Tk zugeführt.
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Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung entspricht die erste optische Strahlungsquelle Ti einer roten Leuchtdiode, die zweite optische Strahlungsquelle Ti einer grünen Leuchtdiode sowie die dritte optische Strahlungsquelle Tk einer blauen Leuchtdiode.
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Die so von der jeweiligen Strahlungsquelle Ti, Tj, Tk gesendete, mit Pfeilen versinnbildlichte optische Strahlung wird über eine Übertragungsstrecke in Richtung des Empfängers geführt.
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Auf Seiten des Empfängers trifft die gesendete optische Strahlung auf einem auf eine jeweilige Elementarfarbe eingestellten Strahlungsempfänger Ri, Rj, Rk, nämlich einem ersten optischen Strahlungsempfänger Ri, einem zweiten optischen Strahlungsempfänger Rj sowie einem dritten optischen Strahlungsempfänger Rk.
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In einer analogen, zum Sender TX entgegenlaufenden Weise wird im Empfänger RX das jeweilige optische Signal durch die optischen Strahlungsempfänger Ri, Rj, Rk in ein elektrisches analoges Signal umgewandelt, welches einem jeweiligen Konverter DA zugeführt wird, in welchem eine jeweilige Umsetzung des analogen Signals in ein jeweiliges digitales Signal erfolgt.
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Die an den drei jeweiligen Konvertern DA abgegriffenen digitalen Intensitätsdaten werden einem Transformer zugeführt, welcher in einer zum Sender TX entgegengesetzten Weise eine Umsetzung des Wertetripels in ein Wertedupel vornimmt, welches wiederum einem Farbdekodierer CD zugeführt wird, an dessen Ausgang schließlich Daten DAT entnommen werden, welche in einer korrekten Betriebsart identisch mit den dem Sender zugeführten Daten DAT sind.
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Im Folgenden werden beispielhafte Anwendungsszenarien und die technische Realisierung der Alarmübertragung beschrieben.
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Beim Auftreten einer Alarmsituation in einem Gebäude werden von optischen Sendern in jedem Raum Alarmbotschaften gesendet. Bei diesen Sendern kann es sich beispielweise um die Raumbeleuchtung handeln. Die Sender wiederum erhalten diese Botschaften durch ein drahtgebundenes Netzwerk, beispielsweise über PLC (»Power-Line Communication«) oder einem in der Gebäudeinstallation vorgesehenen Lichtsteuerungs- oder Gerätesteuerungsbus. Wird diese Alarmmeldung nur in nach außen geschlossenen oder stark abgedunkelten Räumen übertragen, kann diese nicht außerhalb der Räume und somit auch nicht außerhalb des Gebäudes abgehört werden.
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Bei Übertragungen, welche direkte Sichtverbindungen voraussetzen, bspw. Datenverbindungen mit hohen Datenraten, ist außerdem eine starke Abstandsabhängigkeit gegeben. Weiter weg liegende Empfänger können das Signal oftmals nicht demodulieren. Das gleiche gilt für ein Signal, das nur über eine diffuse Streuung aufgenommen werden kann. Auch hier reicht die Signalstärke in der Regel nicht aus, um das Signal zu demodulieren. Beide Effekte können dahingehend ausgenutzt werden, dass Alarmsignale in »von außen« einsehbaren Bereichen nicht von außerhalb empfangen werde können.
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Bei geeigneter Ausgestaltung der Übertragung, z. B. unter Verwendung niedriger Modulationsgeschwindigkeiten und hoher Modulationsindizes, kann diese Alarmmeldung auch diffus übertragen werden, d. h. es braucht keine direkte Sichtverbindung zwischen dem optischen Sender und dem fotoempfindlichen Empfänger zu existieren.
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Eine mögliche Quelle ist die Innenraumbeleuchtung in Büro- und ähnlichen Gebäuden. Die durch den Gesetzgeber vorgeschriebenen hohen Beleuchtungsstärken ermöglichen dabei flächendeckend hohe Signalstärken für die Übertragung. Da diese Beleuchtung notwendigerweise in Gebäuden vorhanden sein muss, ist diese Anwendung synergetisch und stellt somit auch einen Vorteil gegenüber Radiotechniken dar.
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Bei einer Verwendung von Innenraumbeleuchtungen wie z. B. Wand- oder Deckenbeleuchtung zum Senden der Alarmmeldung ist ein weiterer Vorteil gegenüber radiobasierten Lösungen, dass die Übertragung nur schwer gestört werden kann. In der Praxis sind dazu dem Sender vergleichbare optische Leistungen nötig. Für Büroräume beträgt der theoretische Mindestwert der Bestrahlungsdichte 0,5 W/m2 Bürofläche. Für eine Bankhalle von 1.000 m2 wäre somit eine diffuse Lichtquelle mit einer optischen Durchschnittsleistung von mindestens 500 W nötig!
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Die Empfänger der Alarmmeldung können tragbar sein. Beispielhafte Platzierungen sind der Schultergurt oder die Mütze von Wachpersonal.
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Ein Rückkanal zwischen dem Wachpersonal zur drahtgebunden Kommunikationsinfrastruktur kann ebenfalls mittels optischer Kommunikation verwirklicht werden. Um diese nicht sichtbar zu machen, kann die Übertragung im nicht sichtbaren Spektralbereich stattfinden, bspw. im Ultravioletten oder nahen Infraroten. Es ist alternativ auch möglich, die Rückkommunikation mit sehr kurzen sichtbaren. Lichtpulsen zu übertragen. Wird die ausgesendete Energie pro Botschaft und die Häufigkeit der Übermittelungen niedrig gehalten, so ist die Rücksendung von Daten nicht für das menschliche Auge wahrnehmbar.
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Mit optischen Quellen versehene Objekte können Notsituationen durch die Modulation des ausgesendeten Lichtes mitteilen. Beispielhafte Anwendungen sind dabei Fahrzeuge wie zum Beispiel Taxis und batteriegetriebene Sensoren mit eingebauten (Signal-)Lampen.
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Tritt eine Notsituation in Taxis oder Bussen auf, so kann ein stiller Alarm über eine beleuchtete Hinweistafel, beispielsweise über ein Taxischild auf dem Dach des Taxis, oder über eine stirnseitig angebrachte Informationstafel eines Busses ausgestrahlt werden. An Straßenkreuzungen oder in Überwachungshubschraubern angeordnete Überwachungskameras können diese stillen Alarmmeldungen empfangen und diese weitergeben.
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Alternativ kommen auch Scheinwerfer zur Ausstrahlung des stillen Alarms verwendet werden. Diese Ausführungsform ist vor allem in Ländern praktikabel, in denen ein Tagfahrlicht gefordert wird. Auch für diese Ausführungsform sind an Straßenkreuzungen oder in Überwachungshubschraubern angeordnete Überwachungskameras für einen Empfang und Weitergabe der stillen Alarmmeldungen einsetzbar.
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Tritt in einem autarken Sensor, beispielsweise einem Feuermelder, eine Fehlfunktion auf, so kann diese mittels der Modulation des durch eine Signalleuchte ausgesandten Lichtes an eine Überwachungskamera alarmiert werden. Hierbei ist nicht die Lautlosigkeit des Alarms der vorrangige Aspekt, sondern die automatische Überwachung der Sensoren ohne die Notwendigkeit einer zusätzlichen Funkkommunikationseinrichtung. Dies ist auch in Bereichen mit Explosionsgefahr von Interesse.
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Alarmbotschaften können intrinsisch abhörsicher als auch synergetisch mit existierender Beleuchtungsinfrastruktur übermittelt werden. Diese Art der Übertragung lässt sich bei einer breitflächigen Übertragung außerdem nur sehr schwer stören. Weiterhin ist eine einfache großflächige Wahrnehmung von Alarmbotschaften von Taxis oder Bussen möglich.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur optischen Übertragung von Daten verursacht keine Radiowellen und kann auch nicht durch Radiowellen beeinflusst werden. Das erfindungsgemäße Verfahren kann insbesondere dann eingesetzt werden, wenn bereits eine Beleuchtung durch Leuchtdioden vorgesehen ist. Dabei können die Leuchtdioden beispielsweise mit einem Powerline-Übertragungsverfahren adressiert werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt die sichere optische Übertragung von Daten über eine in Ihrer Lichtstärke einstellbare bzw. »dimmbare« Leuchtdiodenbeleuchtung zu tragbaren Endgeräten innerhalb eines beleuchteten Raumes und ist unempfindlich gegenüber Funksignalen. Es können beliebige Leuchtdioden eingesetzt werden, beispielsweise Leuchtdioden, die ein weißes Licht erzeugen.
