Localização, pré-distorção, pré-equalização e mitigação do crosstalk em sistemas VLC-OFDM

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dataload.collectionmapped01 - Doutorado - Engenharia Elétricapt_BR
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dc.contributor.advisorAbrão, Taufik [Orientador]pt_BR
dc.contributor.authorMathias, Luis Carlospt_BR
dc.contributor.bancaLaureto, Edsonpt_BR
dc.contributor.bancaCasella, Ivan Roberto Santanapt_BR
dc.contributor.bancaMarinello Filho, José Carlospt_BR
dc.contributor.bancaScalassara, Paulo Rogériopt_BR
dc.coverage.spatialLondrinapt_BR
dc.date.accessioned2024-05-01T15:17:27Z
dc.date.available2024-05-01T15:17:27Z
dc.date.created2019.00pt_BR
dc.date.defesa11.03.2019pt_BR
dc.description.abstractResumo: A multiplexação por divisão de frequências ortogonais (OFDM) tem sido amplamente aplicada em sistemas de comunicação por luz (VLC) devido às características de eficiência espectral e de combate à interferência intersimbólica e à seletividade do canal Neste paradigma, a primeira parte desta tese aborda de forma original a integração da funcionalidade da localização indoor de um receptor móvel ao sistema OFDM-VLC Para isto, utiliza o esquema OFDM com óptica espacial, possibilitando a discriminação dos sinais ópticos capturados no receptor que foram transmitidos pelos diversos diodos emissores de luz (LEDs) a partir da infraestrutura de iluminação Foram analisados via simulação numérica e de forma extensiva o estimador por ângulo de chegada (AoA), o estimador por intensidade do sinal recebido (RSS) e algumas de suas variações Utilizando o resultado da estimação por AoA ponderado como ponto inicial de busca do estimador por RSS, foi possível o aumento da probabilidade de convergência, redução da raiz quadrada do erro quadrático médio (RMSE) e número de iterações Também é avaliada a complexidade computacional dos estimadores analisados Um melhor fator de clipping é obtido através da análise da precisão do localizador e da capacidade de transmissão de dados Por fim, os resultados numéricos demonstraram eficácia, robustez e eficiência da arquitetura proposta A segunda parte desta tese propõe uma arquitetura original com um esquema de pré-distorção digital para a correção da não linearidade do LED, acrescido de um esquema de pré-equalização para a mitigação do efeito de seletividade em frequência do conjunto transmissor LED mais fotorreceptor Os dois esquemas apresentados utilizam de uma mesma realimentação luminosa que é realizada por um dispositivo receptor auxiliar acoplado à luminária Deste modo, todo o processamento do sinal envolvido é realizado no transmissor não exigindo overhead Mediante o desenvolvimento de um arranjo experimental automatizado, confirmou-se o efeito da não linearidade do LED em função da temperatura, corroborando a pertinência e eficácia da proposta Por fim, ao permitir a linearização do sinal de luz transmitido e a manutenção de uma relação sinal-ruído média em nas subportadoras OFDM, a melhoria de desempenho da taxa de erro de bit (BER) é confirmada, tanto numericamente, como pelo arranjo experimental dedicado desenvolvido A terceira parte desta tese propõe um esquema de mitigação do efeito crosstalk gerado pela sobreposição espectral de canais VLC obtidos por multiplexação por comprimento de onda (WDM) O crosstalk degrada a performance do sistema WDM devido os canais adjacentes gerarem interferência no canal de interesse O sistema WDM constituído por uma tríade de LEDs transmissores de cores vermelho-verde-azul e seus respectivos filtros de cores no receptor VLC é modelado, sendo os seus parâmetros estimados pelo sistema proposto, permitindo a mitigação deste efeito mediante a aplicação de um equalizador por forçagem a zero Tais parâmetros também foram estimados mediante medições do comportamento espectral de emissão dos LEDs e dos filtros ópticos utilizados Ademais, o sistema foi simulado numericamente demonstrando efetividade mediante avaliações da BER, sob diferentes ordens de modulação M-QAM nas subportadoras OFDMpt_BR
dc.description.abstractother1Abstract: Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) has been widely applied in visible light communication systems (VLC) due to spectral efficiency characteristics and to combat intersymbol interference and channel selectivity In this paradigm, the first part of this thesis deals with an original way for aggregate the functionality ”indoor” location of a mobile receiver into the OFDM-VLC system For this, it uses the OFDM scheme with spatial optics (SO-OFDM) to enable discrimination of power captured at the receiver that was transmitted by the various light emitting diodes (LEDs) of the lighting infrastructure The estimator by angle of arrival (AoA), the estimator by intensity of the received signal (RSS) and some of its variations are numerically simulated extensively Using the result of the estimation by WAoA as the initial point of search of the RSS estimator, it was possible to increase the probability of convergence, reduction of the square root of the quadratic error (RMSE) and the number of iterations The computational complexity of the analyzed estimators is also evaluated A better clipping factor is obtained by analyzing the locator accuracy and the transmission capacity for each simulated system Finally, the numerical results demonstrated the effectiveness, robustness, and efficiency of the proposed architecture The second part of this thesis proposes an original architecture with a digital pre-distortion scheme (DPD) for the correction of the non-linearity of the LED, plus a pre-equalization scheme (Pre-Eq) for the mitigation of the frequency selectivity effect from the VLC LED transmitter set plus photoreceiver Both proposed schemes deploy the same luminous feedback principle, which is performed by an auxiliary receiver device that is coupled to the luminaire Thus, all signal processing is performed at the transmitter side not requiring overhead Through the development of an automatic experimental arrangement, the nonlinearity of the LED as a function of temperature was also confirmed, corroborating the validity of the proposed scheme Moreover, by allowing the linearization of the transmitted light signal and the maintenance of a mean signal-to-noise ratio in the OFDM subcarriers, the overall bit error rate (BER) performance improvement has been confirmed both numerically and by the dedicated experimental arrangement The third part of this thesis proposes a scheme to mitigate the crosstalk generated by the spectral overlap across the VLC channels obtained by wavelength division multiplexing (WDM) Crosstalk degrades the performance of the WDM system because the adjacent channels generate interference in the channel of interest The WDM system composed by the red-green-blue color triad from the LEDs and their respective color filters at the VLC receiver was modelled, where their parameters are estimated by the proposed system, allowing the crosstalk mitigation by the application of an equalizer by zero forcing These parameters were also estimated by measurements of the LEDs spectral emission behaviour and the deployed optical filters Moreover, the system was numerically simulated demonstrating the effectiveness using BER evaluations considering different modulation orders in the OFDM subcarrierspt_BR
dc.description.notesTese (Doutorado em Engenharia Elétrica) - Universidade Estadual de Londrina, Centro de Tecnologia e Urbanismo, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétricapt_BR
dc.identifier.urihttps://repositorio.uel.br/handle/123456789/16966
dc.languagepor
dc.relation.coursedegreeDoutoradopt_BR
dc.relation.coursenameEngenharia Elétricapt_BR
dc.relation.departamentCentro de Tecnologia e Urbanismopt_BR
dc.relation.ppgnamePrograma de Pós-Graduação em Engenharia Elétricapt_BR
dc.subjectDiafoniapt_BR
dc.subjectSobreposição espectral luminosapt_BR
dc.subjectSistemas de comunicaçãopt_BR
dc.subjectCrosstalkpt_BR
dc.subjectLuminous spectral overlappt_BR
dc.subjectCommunication systemspt_BR
dc.titleLocalização, pré-distorção, pré-equalização e mitigação do crosstalk em sistemas VLC-OFDMpt_BR
dc.typeTesept_BR

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