Estudio de técnicas de modulación y codificación en un contexto multiusuario para comunicaciones ópticas no guiadas mediante luz visible

  1. Marcos Fulgencio Guerra Medina
Supervised by:
  1. Oswaldo González Hernández

Defence university: Universidad de La Laguna

Year of defence: 2017

Department:
  1. Ingeniería Industrial

Type: Thesis

Abstract

En esta Tesis, la aplicación de esquemas de acceso múltiple por división de códigos ópticos (OCDMA) se plantea como una propuesta adecuada para aplicaciones VLC donde se necesite habilitar comunicaciones simultáneas de un número elevado de usuarios. En ese sentido, se opta por una solución basada en el uso de códigos ópticos aleatorios (ROC), de fácil generación y satisfactorio rendimiento. Su viabilidad práctica, especialmente la relativa a la problemática de llevar a cabo la sincronización y comunicación entre un emisor y su receptor asociado cuando ésta se produce ante un alto nivel de interferencia debido a las transmisiones de los otros usuarios, se evalúa mediante el desarrollo de prototipos experimentales suficientemente realistas, que permiten constatar empíricamente el potencial de la técnica OCDMA para este tipo de aplicaciones, tal como habían predicho estudios teóricos previos. Sin embargo, aunque en este trabajo se proponen adicionalmente otros esquemas alternativos que intentan mejorar las tasas de datos alcanzadas, la principal limitación observada para la técnica OCDMA es su baja eficiencia espectral, por lo que sólo resulta adecuada para aplicaciones donde las velocidades de transferencia de datos demandados sean reducidas. Con la idea de lograr mayores tasas de datos, se proyecta la implementación de un sistema OFDM (Orthogonal Frequency-Divison Multiplexing) reconfigurable para comunicaciones VLC mediante la utilización de dispositivos lógicos programables, a fin de evaluar experimentalmente la potencialidad de dicha técnica de modulación desde un punto de vista práctico realista. Aparte de dar solución a los distintos aspectos técnicos que conlleva la implementación, se diseña un nuevo mecanismo de sincronismo temporal a partir de las secuencias de entrenamiento enviadas, previamente a la transmisión de las tramas de datos, para llevar a cabo la ecualización de canal requerida para la demodulación de señales OFDM. Esta propuesta constituye un enfoque alternativo a lo comúnmente planteado en la literatura, donde ahora la ecualización de canal y la sincronización entre emisor y receptor se realizan de manera conjunta, sin tener que recurrir al uso de tramas específicas para establecer esta última. La robustez de este nuevo método de sincronismo y su eficacia para habilitar una posterior y adecuada demodulación de los datos es validada a través de las sucesivas pruebas experimentales realizadas con el prototipo desarrollado, que permite la transferencia de datos en tiempo real a través de un enlace óptico VLC mediante el uso de la técnica OFDM. Finalmente, ante la limitada tasa de datos alcanzada por el prototipo VLC-OFDM en tiempo real, se plantea la introducción de esquemas adaptativos para ajustar los modos de modulación a aplicar a las distintas subportadoras del total del ancho de banda de transmisión a la calidad de cada subcanal. Nuevamente, a fin de obtener resultados extrapolables a aplicaciones reales, se lleva a cabo el desarrollo de un prototipo, aunque en este caso no en tiempo real, donde alcances superiores a un metro son evaluados experimentalmente. Las velocidades de transferencia logradas con este sistema OFDM adaptativo, por encima de 100 Mbit/s, permiten concluir que tasas de datos de varios centenares de Mbit/s son factibles en entornos VLC realistas mediante la aplicación conjunta de este tipo de técnicas y el uso de estructuras con múltiples emisores y receptores con diversidad angular (esquemas MIMO).