Η ασύρματη επικοινωνία θα μπορούσε σύντομα να πλαισιώσει τα ραδιοκύματα με μια εναλλακτική τεχνολογία, βασισμένη σε κάτι πολύ πιο απλό και ήδη πανταχού παρόν: το φως.
Μια ομάδα ερευνητών του Tokyo Polytechnic University ανέπτυξε ένα σύστημα visible light communication, ή VLC, ικανό να μεταδίδει δεδομένα με σταθερό τρόπο ακόμη και σε εξωτερικούς χώρους, κάτω από έντονο περιβαλλοντικό φωτισμό και ακόμη και σε συνθήκες πλήρους ηλιοφάνειας.
Ένα αποτέλεσμα που αντιμετωπίζει έναν από τους κύριους περιορισμούς αυτής της τεχνολογίας και που ανοίγει ρεαλιστικές προοπτικές για μελλοντικές εφαρμογές στα ευφυή συστήματα μεταφορών.
Η VLC χρησιμοποιεί το φως που εκπέμπουν τα LED για να στέλνει πληροφορίες, διαμορφώνοντας την ένταση της φωτεινότητας σε ταχύτητες ανεπαίσθητες για το ανθρώπινο μάτι.
Σε αντίθεση με τα ραδιοδίκτυα, δεν καταλαμβάνει παραδοσιακές ηλεκτρομαγνητικές συχνότητες και δεν δημιουργεί παρεμβολές, ένα σημαντικό πλεονέκτημα σε αστικά περιβάλλοντα που είναι ολοένα και πιο κορεσμένα από ασύρματα σήματα.
Οι δυνατότητές της μελετώνται εδώ και χρόνια, αλλά η χρήση της σε εξωτερικό χώρο παρέμενε περίπλοκη, εξαιτίας του «θορύβου» που εισάγει το ηλιακό φως και των παραμορφώσεων του σήματος που προκαλούνται από τα ίδια τα LED.
Η ιαπωνική ομάδα επέλεξε μια πραγματιστική προσέγγιση, εστιάζοντας σε εξαρτήματα εύκολα διαθέσιμα και χαμηλού κόστους. Η «καρδιά» του συστήματος είναι ένα νέο σχήμα κωδικοποίησης, που ονομάζεται 8B13B, σχεδιασμένο ειδικά για να καταστήσει τη μετάδοση πιο ανθεκτική.
Η κωδικοποίηση αυτή διατηρεί μια σταθερή ισορροπία ανάμεσα σε λογικά υψηλά και λογικά χαμηλά bit, μειώνοντας το ορατό τρεμόπαιγμα και βελτιώνοντας τον συγχρονισμό μεταξύ πομπού και δέκτη. Όλα υλοποιήθηκαν σε ένα FPGA, το οποίο συνδέθηκε με ένα Raspberry Pi μέσω διεπαφής SPI, αποδεικνύοντας ότι δεν απαιτούνται ιδιοταγές hardware ή ακριβές βιομηχανικές λύσεις.
Ένα ακόμη βασικό στοιχείο είναι η χρήση παλμών τύπου return to zero, που καθιστά το σύστημα λιγότερο ευαίσθητο στις μεταβολές της απόκρισης των LED, ένα φαινόμενο γνωστό ως στένεμα παλμού εξαρτώμενο από τα δεδομένα.
Στην πράξη, ο δέκτης επικεντρώνεται κυρίως στα μέτωπα ανόδου του φωτεινού σήματος, αγνοώντας τις παραμορφώσεις στο πλάτος του παλμού που συχνά υπονομεύουν την αξιοπιστία της επικοινωνίας.
Στις πειραματικές δοκιμές το σύστημα πέτυχε μέγιστη ταχύτητα μετάδοσης 3,48 megabit ανά δευτερόλεπτο και διατήρησε σταθερή επικοινωνία σε αποστάσεις περίπου 3 μέτρων, ακόμη και παρουσία άμεσου ηλιακού φωτός μεγαλύτερου από 90.000 lux.
Για να επιτευχθεί αυτό το αποτέλεσμα, οι ερευνητές ανέπτυξαν έναν δέκτη εξοπλισμένο με πολλαπλές φωτοδιόδους και στενού εύρους οπτικό φίλτρο, ικανό να αποδυναμώνει το φως φόντου και να απομονώνει το χρήσιμο σήμα.
Οι πιο άμεσες εφαρμογές αφορούν τα ευφυή συστήματα μεταφορών. Φανάρια, στύλοι φωτισμού και οδικές υποδομές θα μπορούσαν να μετατραπούν σε κόμβους επικοινωνίας, μεταδίδοντας πληροφορίες σε οχήματα και πεζούς χωρίς να βασίζονται σε ραδιοδίκτυα. Μεταξύ των σεναρίων που έχουν προταθεί περιλαμβάνονται η αποστολή δεδομένων για επικίνδυνους κόμβους, πληροφοριών για τυφλά σημεία ή ακόμη και ροών βίντεο μικρής εμβέλειας για τη βελτίωση της ασφάλειας, ακόμη και σε συνθήκες αυτόνομης οδήγησης.
Πέρα από τη χρήση στους δρόμους, η επικοινωνία μέσω φωτός συνδέεται στενά και με την ιδέα του Li‑Fi, ενός «οπτικού Wi‑Fi» που θα μπορούσε να αξιοποιεί τα υπάρχοντα φωτιστικά σε σπίτια και γραφεία για πρόσβαση στο διαδίκτυο. Ο ίδιος λαμπτήρας LED που φωτίζει ένα δωμάτιο θα μπορούσε ταυτόχρονα να μεταφέρει δεδομένα, μειώνοντας την ανάγκη για πρόσθετες κεραίες και καταναλώσεις ενέργειας.
Επιπλέον, επειδή το φως δεν διαπερνά τους τοίχους, η VLC προσφέρει εγγενώς καλύτερη προστασία από υποκλοπές σε ευαίσθητους χώρους όπως νοσοκομεία, αεροσκάφη ή βιομηχανικές εγκαταστάσεις.
Φυσικά, υπάρχουν και περιορισμοί: η ανάγκη σχεδόν οπτικής επαφής, η σκίαση από εμπόδια και οι διακυμάνσεις του περιβάλλοντος φωτισμού. Για αυτόν τον λόγο οι ειδικοί δεν βλέπουν τη VLC ως αντικαταστάτη των ραδιοκυμάτων, αλλά ως συμπληρωματικό στρώμα στις μελλοντικές υποδομές 5G και 6G.
Αν τα πρωτόκολλα τυποποιηθούν και το κόστος συνεχίσει να πέφτει, είναι πιθανό μέσα στα επόμενα χρόνια να δούμε τα πρώτα εμπορικά συστήματα φωτισμού που θα «μιλούν» με τα αυτοκίνητα, τα κινητά και τους αισθητήρες γύρω μας.
