Implementación y Evaluación de un Sistema de Comunicación por Luz Visible con Modulación CSK Mediante un Conversor de Intensidad de Luz a Frecuencia

Abstract

La modulación por color CSK (color shift keying) permite codificar información binaria mediante la variación de la intensidad del color generado por diodos emisores de luz rojo, verde y azul. Dicha técnica fue propuesta en el estándar IEEE 802.15.7 para diseñar sistemas de comunicación por luz visible VLC en interiores. La propuesta de la modulación CSK para los sistemas VLC se soporta en sus principales ventajas como lo es la mitigación del Flicker y el aumento en la capacidad de transmisión del canal. Para la puesta en marcha de CSK, se requieren múltiples fuentes ópticas para el diseño del transmisor, y múltiples filtros ópticos, fotodiodos y módulos de conversión análogo a digital ADC para el diseño del receptor que agregan complejidad al sistema. Por otro lado, para diseñar todo lo anterior, se debe considerar la estructura de la constelación M-CSK empleada que comúnmente no es optimizada. En la presente investigación, se propone un sistema VLC de baja complejidad, el cual estaba basado en la modulación por color y en un convertidor de luz a frecuencia LTF como receptor. En esta propuesta, los símbolos de la modulación con CSK son interpretados y decodificados en el receptor en términos de frecuencias, las cuales son procesadas por un microcontrolador de bajo desempeño computacional empleando contadores de tiempo, con lo cual se evitó el uso de módulos ADC que son de uso común en tal escenario, dando como resultado un sistema VLC de menor complejidad. La contribución de este trabajo se puede resumir en 3 momentos: 1) El diseño de un sistema VLC con modulación CSK de baja complejidad; 2) Algoritmo de optimización PSO para el diseño de constelaciones M-CSK-LTF, considerando las restricciones del transmisor y del receptor; 3) Estimación teórica y experimental de la tasa de error de símbolo (SER) y la relación señal a ruido (SNR), donde los resultados fueron corroborados mediante la simulación empleando el método Monte Carlo. En este trabajo se logró una velocidad de transmisión de 100 kbps usando la constelación 4-CSK-LTF con distancia mínima de 10kHz. El SER del sistema estimado fue cercano a 10??4, con SNR alrededor de 40dB. Los resultados mencionados sugieren escenarios de aplicación en los cuales la velocidad de transmisión de datos no es exigente, pero si en cuanto a simplicidad y facilidad en despliegue masivo.