Experimentando sistemas LiFi en un hospital

Sreelal Maravanchery, Peter Hellwig, Jonas Hilt, Kai Lennert Bober, Volker Jungnickel, et al. | MAYO 2020
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El hospital conectado o inteligente se considera como el futuro de la atención sanitaria, donde todos los dispositivos médicos están conectados a una infraestructura inalámbrica y proporcionan información precisa y oportuna a los profesionales sanitarios. Con el objetivo de lograr una comunicación inalámbrica segura, el uso de redes de área local inalámbricas como WiFi en entornos quirúrgicos esta limitado debido a posibles interferencias electromagnéticas (EMI). Por lo tanto, el desarrollo de una tecnología inalámbrica óptica en red (LiFi), basada en la luz tiene el potencial para ser empleada en entornos hospitalarios.

Recientemente, varios grupos de investigación proporcionaron información sobre el potencial de LiFi en entornos sanitarios. Para introducir el LiFi en los hospitales, los ingenieros necesitan una comprensión total del escenario de propagación, es decir, el impacto de los bloqueos y las reflexiones de los objetivos. En consecuencia, es necesario desarrollar esquemas de transmisión robustos para permitir una comunicación inalámbrica fiable y altas velocidades de datos.

Escenario de medición

Los experimentos se realizaron en la sala de neurocirugía infantil de Motol Hospital Universitario de Praga, República Checa. Los sistemas de comunicación existentes en este entorno son: red de sensores corporales (BSN); navegación por infrarrojos (IR) para la detección precisa de la posición; alta resolución cámaras para monitorear y grabar la cirugía y endoscopios. Aquí, investigamos el rendimiento de un Sistema LiFi empleado en el quirófano para la transmisión del BSN. Tx y Rx están cada uno fijado en seis diferentes posiciones. Todas las Rxs se colocan en la mesa de operaciones con 1 m de altura mirando hacia el techo donde los Txs están montados a unos 2 m de altura con una cierta inclinación mirando hacia abajo a la mesa de operaciones. Múltiples Rxs representan múltiples sensores, mientras que los Txs múltiples se utilizan para evitar un posible bloqueo de la línea de visión (LOS) debido a los dispositivos y a los humanos que se mueven dentro de la habitación. 

Todas las mediciones se llevan a cabo en el mismo ambiente estático, una tras otra, para cada enlace Tx-Rx. Aquí, el se adopta la técnica de barrido de frecuencia convencional. Un analizador de redes vectoriales Agilent estándar (VNA E5061B3L5) está conectado entre Tx y Rx alimentando una señal de onda continua con frecuencia variable de 1 a 200 MHz. Para caracterizar cada canal, se calibra la respuesta de la parte frontal óptica, que se mide en un distancia mínima libre de distorsión en el LOS libre. Se calculan todas las respuestas de los canales y los parámetros de los canales.

Caracterización del canal

A partir de los datos experimentales, se observa que la fuerza de la señal es más débil con respecto a todo el Rx cuando se utiliza Tx1 y Tx2. La Tx1 suele ser bloqueada por un monitor mientras que la Tx2 está demasiado lejos de la mesa de operaciones. Aquí, sólo reportamos características de los canales de las otras cuatro posiciones Tx con respecto a cada posición Rx. 

Rx1 y Rx2 se colocan en la posición de la cabeza del paciente que tiene buena visibilidad y libre de LOS de Tx5 y Tx3. De manera similar, Rx4 y Rx5 están cerca de la posición de la pierna del paciente, donde Tx4 y Tx6 tienen buena señal. Las respuestas de amplitud para Rx3 y Rx6 están siempre entre la respuesta máxima y mínima, ya que se encuentran en la posición central de la mesa de operaciones. La caída inicial en las frecuencias más bajas de la La respuesta de amplitud indica que hay muchos reflejos difusos en el quirófano donde todos los objetos tienen colores brillantes (ver Fig. 1(a)). La planitud en las frecuencias más altas se debe a la presencia de la LOS.

Conclusiones

En este documento, encontrará información sobre una investigación experimental de la transmisión de LiFi en una típica sala de neurocirugía. Se registraron las respuestas en frecuencia de los canales ópticos para varias posiciones de trasmisor (Tx) y de receptor (Rx) en la sala y se consideraron posteriormente como un sistema virtual multiusuario de entrada y salida múltiple (MU-MIMO). Por último, se estiman los caudales de datos alcanzables para posibles esquemas de transmisión de LiFi.   

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