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Ricardo de Oliveira Duartehttp://lattes.cnpq.br/8616379159674273Davies William de Lima MonteiroFrank Sill TorresDalton Martini Colombohttp://lattes.cnpq.br/9163297107095256Mateus Gonçalves Silva2021-03-01T19:03:10Z2021-03-01T19:03:10Z2020-12-15http://hdl.handle.net/1843/35091Comunicação por luz visível (VLC Visible Light Communication) é um campo emergente que tem chamado atenção nos últimos tempos, sendo proposto como um complemento ou mesmo uma alternativa aos sistemas de Rádio Frequência (RF) convencionais. A motivação para isso é que estes últimos sofrem de um fenômeno conhecido como RF spectrum crunch devido ao uso exagerado de comunicação sem fio em aplicações de usuário final. A primeira tentativa global de normatizar o VLC foi promovida pelo IEEE 802.15.7, que detalha as camadas física (PHY - Physical) e de Controle de Acesso ao Meio (MAC Media Access Control) para o VLC de alcance curto. O padrão especifica três camadas PHY (I, II, and III) com trinta modos de operação que são adequados para uma ampla gama de cenários de canal ruidoso. O principal elemento dessas camadas é o Forward Error Correction (FEC), que define um conjunto de técnicas de controle de erro códigos Reed-Solomon (RS), Interleaving, Códigos Convolucionais (CC) utilizado para melhorar a capacidade de transmissão do canal. O objetivo desta dissertação de mestrado é propor um sistema digital que implementa um FEC compatível com o IEEE 802.15.7. O principal resultado deste trabalho é uma propriedade intelectual (IP Intellectual Property) de livre acesso para o FEC, acompanhada de uma explicação detalhada da sua arquitetura Register Transfer Level (RTL). Na literatura, a maioria dos esforços para implementar uma camada PHY compatível com o IEEE 802.15.7 é visada para aplicações de prototipação em plataformas embarcadas, enquanto um sistema digital dedicado é mais apropriado para a implementação de camadas PHY. Além do mais, a disponibilidade de IPs confiáveis para a área de comunicação, tais como o FEC e seus blocos básicos, é escassa. Estas constatações corroboram a necessidade de um trabalho como este. A verificação e a síntese do IP resultante é feita tanto no fluxo Field-Programmable Gate Array (FPGA) quanto no Application-Specific Integrated Circuit (ASIC), e os resultados para tamanho, atraso, consumo energético são analisados juntamente com uma validação cruzada dos mesmos. Os requisitos do IEEE 802.15.7 para a taxa de transferência efetiva e a latência também são conferidos para o IP, e eles são satisfeitos para a maioria dos modos de operação, dado os dispositivos selecionados. Melhorias para a arquitetura e a metodologia do projeto digital do FEC IP são discutidas no final desta dissertação, o que habilita oportunidades para futuros projetos acadêmicos e de desenvolvimento.Visible Light Communication (VLC) is an emerging field that has attracted attention in recent times, and it has been proposed as a complement or even an alternative to the conventional RF systems. The motivation for it is that the latter is suffering from a phenomenon known as RF spectrum crunch - due to the overuse of wireless communication in user-end applications. The first global attempt to standardize VLC was promoted by IEEE 802.15.7, which specifies the Physical (PHY) and Media Access Control (MAC) layers for short range VLC. It has three PHY layers (I, II, and III) with thirty operating modes suitable for a wide range of noisy channel conditions. The main element of them is the Forward Error Correction (FEC) component, which defines a set of error control techniques Reed Solomon (RS) codes, Interleaving, and Convolutional Codes (CC) employed to improve the capacity of the transmission channel. The goal of this master thesis is to propose a digital system that implements a FEC compliant with IEEE 802.15.7. The main outcome of this work is an open access Intellectual Property (IP) Core for the FEC, followed by a comprehensive explanation of its related Register Transfer Level (RTL) architecture. Most attempts for implementing a IEEE 802.15.7 compliant system is targeted to prototype applications in embedded platforms, whereas dedicated digital devices are more appropriate for the hardware realization of PHY layers. Moreover, the availability of reliable IP Cores for communication such as the FEC and its base blocks is scarce. These facts corroborate the demand for the intended work. Verification and synthesis of the resulting IP Core are carried out by both Field Programmable Gate Array (FPGA) and Application Specific Integrated Circuit (ASIC) flows, and their results for size, timing and power consumption are analyzed and cross validated. IEEE 802.15.7 requirements for throughput and latency are also checked for the FEC IP Core, and they are fulfilled for most operating modes at the target device technologies. Improvements for the digital design architecture and methodology of the FEC IP Core are discussed at the end of this thesis, enabling opportunities for future academic and development projects.engUniversidade Federal de Minas GeraisPrograma de Pós-Graduação em Engenharia ElétricaUFMGBrasilENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICAhttp://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/pt/info:eu-repo/semantics/openAccessEngenharia elétricaSistemas digitaisPropriedade intelectualSistemas digitaisCódigo de correção de erroIEEE 802.15.7Propriedade intelectualComunicação por luz visívelDigital design of a forward error correction system for IEEE 802.15.7info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisreponame:Repositório Institucional da UFMGinstname:Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG)instacron:UFMGORIGINALmaster_thesis_mateus_silva.pdfmaster_thesis_mateus_silva.pdfapplication/pdf9633595https://repositorio.ufmg.br/bitstream/1843/35091/1/master_thesis_mateus_silva.pdf5ec1d697f7b3712120f5c6286d54e1efMD51CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8805https://repositorio.ufmg.br/bitstream/1843/35091/2/license_rdf00e5e6a57d5512d202d12cb48704dfd6MD52LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-82119https://repositorio.ufmg.br/bitstream/1843/35091/3/license.txt34badce4be7e31e3adb4575ae96af679MD531843/350912021-03-01 16:03:11.002oai:repositorio.ufmg.br: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Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufmg.br/oaiopendoar:2021-03-01T19:03:11Repositório Institucional da UFMG - Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG)false
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