Diseo de un Sistema de comunicacin utilizando tecnologa Li-Fi

Autor: Noe Alejandro Ojeda Aguirre, ITESI, Asesor: Dr. Juan Gabriel Avia Cervantes, DICIS, Universidad de Guanajuato

7to. Verano Estatal de la Investigacin CONSEJO DE CIENCIA Y TECNOLOGA DEL ESTADO DE GUANAJUATO

RESUMEN En el presente trabajo se desarrollaron los elementos de un sistema de comunicacin VLC, para lo cual se implementa la parte del transmisor, con la ayuda de un microcontrolador, el receptor, y la interfaz con la computadora, para visualizar en una PC lo que se est enviando. INTRODUCCIN Li-Fi es un nuevo paradigma para la tecnologa ptica inalmbrica que proporciona conectividad sin precedentes dentro de un medio ambiente localizado datacentrico. La creciente demanda de mayores anchos de banda, ms rpidez y de transmisin de datos ms segura, as como tecnologa respetuosa con el medio ambiente y, sin duda amigable con el humano, anuncia el comienzo de un gran cambio en la tecnologa inalmbrica, un paso de RF a las tecnologas pticas. Li-Fi es una tecnologa VLC (Comunicacin por luz visible). Pero VLC representa slo una fraccin de lo que parece ser un movimiento mucho ms grande hacia tecnologas inalmbricas pticas en general. La comunicacin de la luz visible se hace con LED. La intensidad de la luz se modula de forma que el ojo humano no puede seguirlo. Se utiliza un detector de luz con la prevencin de la interferencia de otra fuente. Est acta como receptor que puede demodular la seal de la luz en seales electrnicas. Se diferencia del infrarrojo (IR) y ultravioleta (UV) como luz que se utiliza para iluminacin y tambin se usa para comunicacin. Los datos estn codificados por un driver de lmpara que est conectado a la lmpara LED (o arreglo de LEDs). Los datos pueden ser transferidos por dos maneras, ya sea mediante la variacin de intensidad de la luz de

acuerdo con el patrn de datos o por colores de la iluminacin. Usando una mezcla de diferentes colores de LED, con cada frecuencia codificando un canal diferente de datos; el sistema puede funcionar en la velocidad de 10 Gbps. La luz es modulada de tal manera que la luz parpadeante no molesta a los usuarios. Este parpadeo en off y on representan un 0 y un 1 lgico. OBJETIVO El presente proyecto tiene como principal objetivo desarrollar las bases tecnolgicas para generar dispositivos de comunicacin utilizando informacin codificada en luz visible, LiFi. MATERIALES Y MTODOS El presente trabajo se dividi en varias etapas, la primera de ellas consto en desarrollar el transmisor de nuestro sistema de comunicacin, el cual consta de un microcontrolador de la familia Microchip PIC18F4550, atravs del cual se familiariz con el lenguaje de programacin PIC C, con el cual se desarrollo el programa del PIC, que en forma general se basa en un sistema de un teclado matricial 3x4 atraves del cual se iban a mandar caracteres utilizando el protocolo UART para comunicacin serial y visualizar los caracteres en una LCD 16x2. Posteriormente se eligi el LED que se iba a utilizar como transmisor y atravs del cual se envan los impulsos luminosos (0 y 1 binarios) generados al convertir los caracteres tecleados en cdigo binario, para ello, la tecnologa Li-Fi menciona que deben ser LEDS que estn en el rango visible, es decir de 375 a 750 nm, en este caso se utilizo un LED de luz blanca. La siguiente etapa fue decidir que tipo de fotodetector utilizar, ya que existen mucha variedad de dispositivos que pueden ser usados para la deteccin

Diseo de un Sistema de comunicacin utilizando tecnologa Li-Fi

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de luz, como fotoresistencias, fotodiodos, fototransistores entre otros. Para esto hay que decidir la aplicacin que deseamos desarrollar y sobre todo la longitud de onda en la cual estamos transmitiendo, en este caso se decidi utilizar un fototransistor que operara en la regin visible, y por las caractersticas del transistor de mandarlo a corte y saturacin el cual puede actuar como un switch ptico para generar los 0 y 1 mandados por el LED en la parte del transmisor, y que es lo que deseamos decodificar en la parte del receptor. Finalmente se decidi la manera de introducir los datos obtenidos en el receptor a la PC, para lo cual se decidi utilizar un circuito integrado de la compaa FTDI, el FT232R, el cual manda los datos por el puerto USB y hace la conversin a serial UART, los cuales pueden ser ledos en cualquier terminal local de la PC por alguno de sus puertos COM. RESULTADOS En la parte inicial de la familiarizacin con el uso del microcontrolador y el desarrollo del programa que recibiera los datos del teclado matricial y los exhibiera en la LCD, se obtuvieron los siguientes resultados:

Mensaje de Bienvenida

Carcter tecleado

Posteriormente se escogio el LED a utilizar, el cual fue un LED de luz blanca ultrabrillante para que el fototransistor que se utiliz como receptor pudiera discriminar de la luz del dia los datos que se le estaban enviando, en las siguientes figuras se muestra el sistema comunicandose:

Led y fototransistor utilizados

Sistema comunicandose

Finalmente el sistema que hace la conversion USB a serial UART y los datos obtenidos en la PC mediante la terminal putty que lee los datos del puerto COM3 se muestran en las siguientes figuras:

Interfaz USB serial

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Terminal recibiendo datos por el COM3

CONCLUSIONES Y DISCUSIN En el presente trabajo, se concluye que se logro el objetivo planteado al inicio que era generar un dispositivo de comunicacin mediante Li-Fi. Se puede mencionar tambin que al final se realizaron pruebas de comunicacin, mediante objetos opacos, los cuales la luz no logra atravesarlos y se interrumpe la comunicacin, tambin se utilizo una bolsa plstica transparente la cual si logra atravesarla y lograr el enlace, si el objeto se vuelve semitransparente cada vez mas hacia el opaco hay un momento en que se pierde la comunicacin, es importante mencionar que, si se logra atravesar el material, pero la luz se difracta cada vez mas hasta que el enlace se pierde, por otro lado se desvo la luz de su trayectoria en lnea con el fototransistor y se observ que hay un ngulo al cual se pierde la comunicacin, y finalmente se observ que si el diodo est por encima del ngulo de recepcin del fototransistor, pero si se coloca un objeto reflejante hacia el receptor, se establece nuevamente el enlace, por lo que se puede establecer una comunicacin mediante la reflexin. Se concluye que este es un pequeo sistema que puede ser mejorado y del cual se pueden extraer otros datos importantes que ya no lograron obtenerse, como por ejemplo la distancia de separacin mxima entre transmisor y receptor a la cual se sigue logrando una comunicacin efectiva, ya

que a mayor distancia hay mayor interferencia de la luz visible del ambiente que mete ruido a los datos obtenidos en el receptor, por otro lado se puede obtener o estudiar el nivel de opacidad de un objeto al cual se puede obtener una comunicacin correcta sin verse afectado por la difraccin de la onda de luz emitida. REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS

[1] Dutta, S., Sharma, K., Gupta, N., & Bodh, T. L. (2013, October). Li-Fi (Light Fidelity)-A New Paradigm in Wireless Communication. In Conference on 12th July (Vol. 1, No. 8). [2] Wat, K., Mattani, N., & Gole, A. (2013, October). Visible Light Communication (Li-Fi). In International Journal of Engineering Research and Technology (Vol. 2, No. 10 (October-2013)). ESRSA Publications. [3] Patil, C. S., Bhamare, R. B., & Rangrez, M. I. (2014). A study of visible light communication with Li-Fi Technology. International Journal of Advanced Electronics and Communication Systems.