La comunicación por luz visible (Visible Light Communication, VLC) lleva más de una década posicionándose como una alternativa prometedora a las tecnologías inalámbricas convencionales. Sin embargo, su salto desde el laboratorio hasta aplicaciones reales en entornos abiertos ha estado limitado por obstáculos técnicos muy concretos: la sensibilidad extrema a la luz ambiental, la distorsión de las señales ópticas en los LED comerciales y la dificultad de mantener enlaces estables sin recurrir a hardware especializado y costoso.

Un reciente trabajo desarrollado en la Tokyo Polytechnic University propone una aproximación distinta. En lugar de diseñar sistemas complejos basados en componentes a medida, los investigadores han construido una plataforma de VLC con hardware comercial estándar, introduciendo innovaciones principalmente en la capa de codificación y sincronización. El resultado es un sistema capaz de mantener comunicaciones ópticas estables incluso bajo luz solar directa, con velocidades de hasta 3,48 Mbit/s y un coste que lo hace viable tanto para despliegues piloto como para entornos educativos y de prototipado avanzado.

Más allá de la velocidad, el interés de esta propuesta reside en cómo aborda problemas clásicos de la VLC desde una perspectiva de ingeniería práctica: con soluciones que no dependen de dispositivos fotónicos sofisticados, sino de una arquitectura bien pensada en torno al procesamiento digital de señales, la robustez frente al ruido óptico y el equilibrio entre simplicidad y prestaciones.

Una arquitectura sencilla para un problema complejo

El planteamiento técnico parte de una premisa clara: la VLC solo será viable fuera del laboratorio si puede construirse con tecnología accesible y reproducible. Por ello, el sistema se apoya en una arquitectura que combina una Matriz de puertas programables de Campo (FPGA) para implementar la lógica de transmisión y recepción, una Raspberry Pi como generador y gestor de datos, LED comerciales como emisores ópticos y un receptor basado en varios fotodiodos junto con filtros ópticos de banda estrecha. Esta elección evita la dependencia de dispositivos fotónicos de alto coste y permite trasladar la VLC a un entorno más próximo al de la iluminación real, donde los LED no están diseñados para transmitir datos, sino para proporcionar luz de forma eficiente y estable.

El núcleo del sistema es la implementación de un esquema de codificación 8B13B específicamente adaptado a las limitaciones físicas de los LED. Frente a codificaciones habituales en comunicaciones digitales, esta propuesta prioriza evitar el parpadeo perceptible, facilitar la sincronización y reducir la sensibilidad a la distorsión temporal de los pulsos ópticos. La lógica de serialización y deserialización se implementa en la FPGA mediante Verilog, mientras que la Raspberry Pi se conecta a través de SPI, configurando una plataforma flexible que puede integrarse con sistemas de control, redes IP o aplicaciones de campo sin necesidad de rediseñar el hardware.

Robustez frente a luz ambiental y distorsión de señal

Uno de los mayores retos de la VLC en exteriores es la interferencia provocada por la luz solar, que puede saturar fácilmente los fotodetectores. El sistema aborda este problema desde dos frentes complementarios. En el dominio digital, la codificación 8B13B utiliza un formato return-to-zero y mantiene un equilibrio constante entre bits “1” y “0”. Esto evita componentes continuas en la señal luminosa, reduce el riesgo de parpadeo visible y, sobre todo, permite que la recuperación de datos se base en los flancos de subida más que en la duración exacta de los pulsos. Esta estrategia resulta especialmente eficaz frente al fenómeno conocido como data-dependent pulse width shrinkage, habitual en LED comerciales, donde la anchura efectiva de los pulsos varía según la secuencia de bits.

En el dominio óptico y analógico, el receptor combina varios fotodiodos para aumentar la captación de señal útil con un filtro óptico de banda estrecha centrado en la longitud de onda del emisor. De este modo se atenúa gran parte de la radiación ambiental, que tiende a ser de espectro amplio. Las pruebas realizadas muestran que el sistema mantiene la comunicación estable incluso bajo niveles de iluminación superiores a 90.000 lux, una condición representativa de luz solar directa. En este contexto se alcanzan velocidades de transmisión de hasta 3,48 Mbit/s y distancias operativas cercanas a los tres metros, cifras modestas frente a demostraciones de laboratorio, pero muy relevantes desde el punto de vista de la ingeniería aplicada.

Aplicaciones reales y valor como plataforma tecnológica

El escenario más inmediato para este tipo de solución es el de los sistemas inteligentes de transporte. En cruces, túneles o zonas de visibilidad reducida, la posibilidad de que semáforos, farolas o balizas transmitan información directamente a los vehículos mediante VLC abre nuevas vías para mejorar la seguridad y reducir la latencia de las comunicaciones. Con las prestaciones demostradas, el sistema puede soportar sin dificultad la transmisión de mensajes de estado de la infraestructura, información de fase semafórica, alertas de seguridad en puntos conflictivos o flujos de datos de baja tasa, como señales de vídeo comprimido para asistencia a la conducción.

Más allá del ITS, la propuesta tiene un valor añadido como plataforma de investigación y formación. El hecho de que los autores hayan liberado el código SerDes de la FPGA y los esquemas electrónicos convierte el sistema en un banco de pruebas ideal donde convergen electrónica analógica, diseño digital, programación de sistemas embebidos y teoría de comunicaciones. En un único proyecto se integran aspectos que normalmente se estudian de forma aislada, lo que refuerza el atractivo de la VLC no solo como tecnología emergente, sino también como herramienta pedagógica.

Puede acceder al paper de la investigación a través del siguiente enlace: 

https://www.elspub.com/doi/10.55092/esp20250006

Imagen de portada generada por IA (ChatGPT)