Implementación y Evaluación de un Sistema de Comunicación por Luz Visible con Modulación CSK Mediante un Conversor de Intensidad de Luz a Frecuencia

Autor: Martínez Ciro, Roger Alexander
Přispěvatelé: López Giraldo, Francisco Eugenio
Jazyk: Spanish; Castilian
Rok vydání: 2018
Předmět:
Zdroj: Repositorio ITM
Instituto Tecnológico Metropolitano
instacron:Instituto Tecnológico Metropolitano
Popis: La modulación por color CSK (color shift keying) permite codificar información binaria mediante la variación de la intensidad del color generado por diodos emisores de luz rojo, verde y azul. Dicha técnica fue propuesta en el estándar IEEE 802.15.7 para diseñar sistemas de comunicación por luz visible VLC en interiores. La propuesta de la modulación CSK para los sistemas VLC se soporta en sus principales ventajas como lo es la mitigación del Flicker y el aumento en la capacidad de transmisión del canal. Para la puesta en marcha de CSK, se requieren múltiples fuentes ópticas para el diseño del transmisor, y múltiples filtros ópticos, fotodiodos y módulos de conversión análogo a digital ADC para el diseño del receptor que agregan complejidad al sistema. Por otro lado, para diseñar todo lo anterior, se debe considerar la estructura de la constelación M-CSK empleada que comúnmente no es optimizada. En la presente investigación, se propone un sistema VLC de baja complejidad, el cual estaba basado en la modulación por color y en un convertidor de luz a frecuencia LTF como receptor. En esta propuesta, los símbolos de la modulación con CSK son interpretados y decodificados en el receptor en términos de frecuencias, las cuales son procesadas por un microcontrolador de bajo desempeño computacional empleando contadores de tiempo, con lo cual se evitó el uso de módulos ADC que son de uso común en tal escenario, dando como resultado un sistema VLC de menor complejidad. La contribución de este trabajo se puede resumir en 3 momentos: 1) El diseño de un sistema VLC con modulación CSK de baja complejidad; 2) Algoritmo de optimización PSO para el diseño de constelaciones M-CSK-LTF, considerando las restricciones del transmisor y del receptor; 3) Estimación teórica y experimental de la tasa de error de símbolo (SER) y la relación señal a ruido (SNR), donde los resultados fueron corroborados mediante la simulación empleando el método Monte Carlo. En este trabajo se logró una velocidad de transmisión de 100 kbps usando la constelación 4-CSK-LTF con distancia mínima de 10kHz. El SER del sistema estimado fue cercano a 10??4, con SNR alrededor de 40dB. Los resultados mencionados sugieren escenarios de aplicación en los cuales la velocidad de transmisión de datos no es exigente, pero si en cuanto a simplicidad y facilidad en despliegue masivo. Color-shift keying (CSK) modulation scheme allows encoding binary information by means of color intensity variation generated by red, green and blue LEDs (Light Emitting Diodes). This technique was proposed for the standard IEEE 802.15.7 to design indoor visible light communication (VLC) systems. The proposal of CSK modulation for the VLC systems is based in its main advantages just like the decrease of icker and an improvement of transix mission speed. In order to enable the CSK modulation, a set of subsystems like multiple optical sources, multiple optical lters, photodiodes and analog to digital converters (ADC) modules are required to design the receiver and transmitter, being the ADC who suggests an increase of system complexity. On the other hand, to design all the systems previously mentioned, the structure of the CSK constellation which is not usually optimized needs to be considered. In this investigation, a low complexity VLC system which is based on the CSK modulation and an Light to Frequency (LTF) converter on the receiver side. In this work, the CSK symbols are detected and decoded in the receiver in terms of pulsed signals with xed frequencies that can be processed and measured by the time counter modules of a low performance microcontroller. The contribution of this thesis can be summarized in three moments: 1) The design and prototyping of a low complexity VLC system with CSK modulation; 2) A mathematical model to optimize the M-CSK-LTF constellations with a set of possible solutions using the PSO optimization algorithm; 3) theoretical and experimental estimation of symbol error rate (SER) and the signal to noise ratio (SNR) employing the Monte Carlo model. As a result, the designed prototype of a VLC system showed a transmission speed of 100 kbps using a 4-CSK format with a minimum distance of 10 kHz. The estimated SER of the system was approximately 104, with an SNR around 40dB. The mentioned results suggest application scenarios where the data transmission speed is not demanding but with a huge need to be massively deployed. Magister en Automatización y Control
Databáze: OpenAIRE
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