Design and implementation of a LED-bulb to smartphone VLC system

In this connected epoque, we are used to get information about everything we are in touch with. Up to now, we are achieving this by exploiting radiofrequency technologies such as Wi-Fi, Bluetooth, NFC, and similar. Visible Light Communication (VLC) is a way to transfer information that is giving very interesting results: the idea is to send data by modulating light instead of the radio waves. Example of information encoded in light are dated back to ancient epoques, but it was only in 1880 that the first example of device-to-device communication happened with light. Different aspects of VLC are catching the attention: the high data rates reached by both research and commercial products, the very different level of interferences that VLC systems generate with respect to the RF ones and thus the possibility to deploy them in environments like airplanes and hospitals without causing problems to mission-critical devices, and the possibility to exploit LED luminaries as transmitters. Moreover, thanks to the diffusion of smartphones, most people today own a device able to perform quite heavy data processing and are equipped with a CMOS camera, characteristics that make everybody virtually able to receive a VLC signal. Research investigated this possibility since few years, and this thesis wants to propose an experimental system to address some of the issues that affect the current lamp-to-camera implementations. To do this, a NLOS VLC system has been developed using an unmodified Android smartphone, an Arduino-based board and a slightly modified commercial light bulb.

In un'epoca connessa quale quella attuale, siamo abituati ad avere informazioni su tutto ciò che incontriamo. Per ora lo facciamo sfruttando tecnologie basate sulla radiofrequenza, come Wi-Fi, Bluetooth, NFC, e simili. Visible Light Communication (VLC) è un modo di trasferire informazioni che sta dando risultati molto promettenti: l'idea è di trasmettere modulando la luce anzichè le onde radio. Esempi di comunicazione basata sulla luce si trovano fin dalle epoche più antiche, ma è stato solo nel 1880 che si è avuto il primo esempio di comunicazione tra due dispositivi a mezzo della luce. Sono diversi gli aspetti delle VLC che catturano l'attenzione: le alte velocità di trasmissione raggiunte sia in ambito di ricerca che da prodotti commerciali, i diversi tipi di interferenze a cui i sistemi VLC sono soggetti rispetto ai sistemi in radiofrequenza e quindi la possibilità di installarli in ambienti come aerei e ospedali senza compromettere il funzionamento di apparecchiature delicate, e la possibilità di sfruttare le lampade LED dell'illuminazione come trasmettitori. Inoltre, grazie alla diffusione degli smartphone, la maggior parte delle persone oggi possiede un dispositivo che abbia capacità di calcolo abbastanza elevate e che sia equipaggiato con una camera basata su tecnologia CMOS, caratteristiche che rendono chiunque virtualmente capace di ricevere un segnale VLC. Già da qualche anno la ricerca ha iniziato ad esplorare questa strada, e questa tesi vuole proporre un sistema sperimentale che affronti alcuni dei problemi che affliggono gli attuali sistemi proposti. Per fare ciò è stato sviluppato un sistema VLC basato sul segnale riflesso dalle superfici utilizzando uno smartphone Android non modificato, una scheda per prototipi basata su Arduino e una lampada LED ad uso commerciale leggermente modificata.