Visible light communications: analysis of cooperative communication and amplification

• Autor(a) principal: Oliveira, Marcelo de
• Data de Publicação: 2022
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: eng
• Título da fonte: Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))
• Texto Completo: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/29355
• topic: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA; Sistemas de comunicação sem fio; Sistemas de comunicação móvel; Métodos de Simulação; Desempenho - Análise; Amplificadores ópticos; Internet das coisas; Detectores ópticos; Dispositivos optoeletrônicos; Wireless communication systems; Mobile communication systems; Simulation methods; Performance - Analysis; Optical amplifiers; Internet of things; Optical detectors; Optoelectronic devices; Engenharia Elétrica

Comunicações sem fio por radiofrequência (RF) têm visto um grande crescimento na última década, onde usuários usufruem de altas taxas de dados e conveniência. No entanto, enquanto a demanda por recursos sem fios cresce, seja de usuários móveis ou de dispositivos da Internet das Coisas, essa faixa de espectro se aproxima da saturação. Na busca por novas soluções, as comunicações por luz visível (visible light communications VLC) emergem como uma potencial tecnologia, explorando o espectro visível para transmitir informação. Porém, apesar de suas vantagens, o VLC ainda apresenta desafios que devem ser superados antes de sua aplicação no mundo real. Neste sentido, este trabalho contribui para o desenvolvimento de sistemas VLC por meio de um modelo de simulação versátil que permite o cálculo de parâmetros de desempenho, tais como potência recebida, razão sinal-ruído (signal-to-noise ratio – SNR), taxa de erro de bit (bit error rate – BER) e magnitude vetorial do erro (error vector magnitude – EVM), em ambientes personalizáveis. O modelo é então empregado para analisar enlaces VLC auxiliados por relay em que, além da fonte e do destino, um nó de relay é incluído no percurso para auxiliar o enlace de comunicação. Isso é alcançado por meio da técnica amplify-and-forward no nó relay, em que o sinal da fonte é amplificado e retransmitido para o destino, onde os sinais da fonte e relay são combinados e processados. Resultados de simulação mostram que a cooperação melhora o desempenho do enlace e pode permitir a comunicação em cenários em que originalmente não seria possível. Além de simulações, os enlaces VLC com cooperação foram testados experimentalmente. Empregando diferentes configurações de percurso, é demonstrado que valores de SNR melhoram entre 4 e 8 dB e valores de BER melhoram em até uma ordem de magnitude. Como amplificação é um importante aspecto da cooperação amplify-and-forward empregada, simulações de amplificação óptica e elétrica no VLC também são desenvolvidas. Uma comparação de ambas as técnicas é apresentada, com resultados mostrando que o desempenho de um amplificador óptico de 3.7 dB é comparável a um ganho de 50 dB apenas no domínio elétrico. Por fim, uma aplicação específica do VLC, o seu uso na transmissão de sinais downlink de padrões de redes móveis LTE (4G) e 5G, é avaliada. Resultados experimentais mostram valores de EVM de 7 e 12 dB abaixo do EVM limite, para 4G e 5G respectivamente, à distância de 3 m.