Descripción del Proyecto
Este proyecto diseña e implementa un sistema de comunicación por luz visible (VLC, Visible Light Communication) optimizado para entornos industriales donde las comunicaciones por radiofrecuencia presentan limitaciones debido a la interferencia electromagnética (EMI). El sistema utiliza luminarias LED de iluminación industrial como transmisores de datos, implementando modulación OFDM óptica (O-OFDM) para alcanzar tasas de transmisión competitivas mientras se mantiene la función primaria de iluminación.
En entornos como plantas petroquímicas, estaciones de generación eléctrica y hangares aeronáuticos, el uso de dispositivos de radiofrecuencia está restringido o prohibido por normativas de seguridad. Las comunicaciones VLC ofrecen una alternativa inherentemente segura desde el punto de vista electromagnético, ya que la luz visible no interfiere con equipos sensibles ni con sistemas de instrumentación y control industrial. Además, VLC proporciona un nivel adicional de seguridad en la capa física, ya que la señal óptica no atraviesa paredes, confinando la comunicación al espacio iluminado.
El proyecto aborda los desafíos específicos de la implementación VLC en entornos industriales reales, incluyendo la interferencia de luz artificial de alta intensidad, la presencia de partículas en suspensión (polvo, humo), las vibraciones mecánicas y la necesidad de cobertura en espacios amplios con alturas de techo variables.
Objetivos Específicos
- Diseñar un transmisor VLC basado en arreglos de LEDs de potencia industrial con driver de corriente de alto ancho de banda (>10 MHz) y modulación DCO-OFDM adaptativa.
- Desarrollar un receptor óptico robusto con cancelación activa de interferencia de luz ambiente y ecualizador adaptativo para compensar efectos de multipath óptico.
- Implementar un protocolo de acceso al medio (MAC) para redes VLC multi-celda que permita la coexistencia de múltiples enlaces VLC simultáneos en un espacio industrial.
- Validar el sistema en condiciones industriales reales mediante pruebas de campo en las instalaciones de la Cervecería Nacional de Panamá y la planta de generación térmica de AES Panamá.
Metodología
El transmisor emplea LEDs Lumileds LUXEON 5050 con driver Texas Instruments LM3464 modificado para señalización de alta frecuencia. La modulación O-OFDM se implementa en una FPGA Intel Cyclone V con 256 subportadoras, modulación QAM adaptativa (4-QAM a 64-QAM) seleccionada dinámicamente según la SNR del canal. El receptor utiliza un fotodiodo Thorlabs FDS1010 con lente concentrador y filtro óptico pasa-banda para rechazo de luz ambiente. Se implementa un ecualizador ZF (Zero-Forcing) con estimación de canal basada en pilotos OFDM. La caracterización del canal óptico industrial se realiza mediante mediciones de respuesta al impulso con correlador de secuencia m y análisis de dispersión temporal RMS.
Resultados Esperados
Se espera alcanzar tasas de transmisión de 50 Mbps a distancias de hasta 5 metros con BER inferior a 10⁻⁶ en condiciones industriales con iluminación ambiente de hasta 1500 lux. El sistema soportará al menos 8 usuarios simultáneos mediante OFDMA con asignación dinámica de subportadoras. Se generará un modelo de canal óptico industrial que capture los efectos de reflexiones, scattering por partículas y variaciones temporales, constituyendo una contribución original a la literatura de VLC.
Instituciones Vinculadas
- Universidad Tecnológica de Panamá (UTP)
- SENACYT
- Cervecería Nacional de Panamá (Grupo Heineken)
- AES Panamá
- Universidad de Oxford, Departamento de Ingeniería (Reino Unido)