Modelo PHY III

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79 Estudio del Estado del Arte de los sistemas de comunicaciones por luz visible (VLC)

Los bits de entrada entran, en primer lugar, en un bloque con un codificador Reed-Solomom (RS). El código Reed-Solomon es un código corrector de errores basado en bloques en donde el codificador procesa un bloque de símbolos de datos, a los que agrega redundancia para producir un bloque de símbolos codificados. Tras este bloque, entra en un codificador RLL, aplicando la codificación Manchester o 4B6B, teniendo a la salida un símbolo de 2, 4 ó 6 bits respectivamente. Finalmente pasa por el modulador, y se envía por el canal con una sola fuente de luz, ya que es un sistema SISO.

En el caso del receptor, para recuperar la información se utiliza un detector de umbral. Tras esto, se hace el proceso inverso al que se realizó en el transmisor. Esta información es demodulada, pasa por un bloque decodificador RLL y por otro RS.

5.3.10.2 Modelo PHY II

El modelo PHY II se utiliza en entornos internos en aplicaciones donde se requiere una velocidad media, en torno a las decenas de Mb/s [119].

De la misma manera, en la Figura 5-6, se mostrará un diagrama de boques donde se indica el modelo de un sistema PHY II en el estándar IEEE 802.15.7.

Figura 5-6. Transmisor y receptor PHY II [119].

Este esquema es más sencillo y eficiente que el utilizado en el modelo PHY I. Al igual que en el caso anterior, los bits de entrada se entrada se codifican mediante el codificador Reed-Solomon (RS) y la salida pasa por un codificador RLL. Finalmente, se modulará con la modulación deseada, generalmente OOK o VPPM.

En el lado del receptor, se demodula con la modulación correspondiente la señal recibida, y pasa por los decodificadores RLL y RS, para así recibir la información enviada.

5.3.10.3 Modelo PHY III

Al contrario que los modelos anteriores, este modelo opera bajo una transmisión MIMO, es decir, múltiples entradas y múltiples salidas, por lo tanto, se puede utilizar en aplicaciones con muchas fuentes de luz por donde se enviará la información a múltiples receptores [119].

En la Figura 5-7 se muestra el proceso y el comportamiento del diagrama de bloques del modelo PHY III del estándar IEEE 802.15.7.

El estándar vlc

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Figura 5-7. Transmisor y receptor PHY III [119].

Al igual que en los casos anteriores, la señal de entrada se codifica mediante un bloque de codificación RS, para convertir la trama larga de entrada en tramas más pequeñas y aleatorias, tras este bloque, hay otro bloque idéntico, un codificador RS. La diferencia con los otros modelos es el bloque de modulación, que suele ser CSK.

El espectro de luz visible se divide en 7 grupos, cada uno de ellos tiene un código especifico, teniendo un valor en x - y respectivamente. La modulación CSK lo que hace es trabajar con 3 de estos 7 grupos, con los puntos respectivos en x-y para poder componer la constelación formando los vértices del triángulo y así dar lugar a las constelaciones que son necesarias. Los datos que ingresan para ser modulados son primeros analizados en conjuntos de log(M), donde M representa el tamaño de la modulación. Cada uno de estos valores tiene una posición x-y, cada 3 valores van formando los vértices del triángulo que son la constelación, para luego estos puntos ser pasados a valores RGB, se normalizan las intensidades de los LEDs y se puede enviar la información.

En la parte del receptor, se realizará el proceso inverso. Se tienen tres fotodetectores, cada uno detecta un color diferente, ya que tienen tres longitudes de onda diferentes. Las intensidades recibidas son inversamente asignadas a los valores x-y, con la ayuda de un detector de distancia mínima se corrigen y se determinan los símbolos verdaderos de la constelación. Por último, la señal pasa por los dos codificadores RS y obtiene la información enviada.

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81 Estudio del Estado del Arte de los sistemas de comunicaciones por luz visible (VLC)

6 APLICACIONES VLC

n este capítulo se van a desarrollar algunas de las aplicaciones más importantes de las comunicaciones por luz visible, en concreto las comunicaciones en interiores, las comunicaciones entre objetos, comunicaciones dentro de un sistema inteligente de transporte, posicionamiento y comunicaciones en entornos restringidos.

Las aplicaciones de VLC basadas en la iluminación de los LEDs son más atractivas en ambientes donde la luz siempre está encendida. La implementación es bastante fácil, ya que los datos se pueden proporcionar desde un punto de agregación a las luces mediante infraestructura existente como cables eléctricos.

Iluminación inteligente: Estos sistemas cooperan y controlan la iluminación en un espacio para atender las

necesidades de los usuarios mientras ahorran energía. Los sistemas de iluminación inteligente forman redes de sensores inalámbricos (WSN, Wireless Sensor Network) para monitorizar factores como la intensidad de la luz, el color y control de la iluminación por atenuación [120]. Se han propuesto varios sistemas para combinar VLC y sistemas de iluminación inteligente, como por ejemplo, encender las luces en un área determinada solo cuando sea necesario, luz de intensidad baja para ver películas, luz brillante para leer y hacer videoconferencia. Recientemente Philips hizo “Hue”, un accesorio de iluminación inteligente que puede controlar el color y la atenuación utilizando un iPhone [121]. El sistema está en fase de desarrollo y planea utilizar GPS para encender automáticamente las luces cuando el usuario llega a casa. Los ordenadores portátiles, smartphones o televisiones inteligentes pueden utilizar en gran medida esta tecnología.

Comunicaciones por fibra óptica de plástico (POF, Plastic Optical Fiber): Estas fibras son más baratas y

flexibles, y actualmente han sustituido a la fibra óptica de cristal para enlaces de corto alcance. POF tiene ventana de atenuación más baja dentro del rango de longitud de onda entre 520-780 nm (entre el verde y rojo) pero, sin embargo, tienen mayor atenuación en comparación con la fibra óptica de cristal (GOF, Glass Optical Fiber) [122]. Por otra parte POF soporta las vibraciones mejor, tiene menor radio de curvatura y no tiene EMI. Además consigue tasa de transmisión a lo largo de varios metros [123].

Power Line Communication (PLC): PLC, también conocido como banda ancha de potencia (BoPL,

Broadband over Power Line) utiliza la línea de potencia para transmitir información, donde las tomas de corriente eléctrica se pueden usar para encender los dispositivos, así como para recibir datos. Aunque esta tecnología existe desde hace tiempo, no ha adquirido importancia a nivel mundial, sino en países de Europa y de Asia [124]. PLC tiene que competir con el precio y la calidad de las líneas de suscripción digital, DSL, pero tiene la ventaja de las líneas de potencia, es decir, pueden alcanzar áreas remotas que DSL no cubre. PLC se ajusta muy bien a VLC, ya que los datos de la línea de potencia se pueden utilizar para modular LEDs directamente y además se puede alcanzar una velocidad de 600 Mbits/s [125].

Comunicaciones bajo al agua: La comunicación bajo el agua de alta velocidad, WSN (Water Submarine

Network), se ha desarrollado durante los últimos años para su implementación en vehículos de operación remota y para la comunicación con buzos. La banda de frecuencia ISM de 2,4 GHz tiene ancho de banda y velocidad limitados debido a la alta atenuación en el agua del mar [126]. Los dispositivos de comunicación acústica son caros y tienen tasa de datos limitada debido a la baja velocidad de las ondas acústicas en el agua. Por lo tanto, las comunicaciones ópticas inalámbricas, incluyendo VLC, están siendo consideradas como método alternativo de comunicaciones bajo el agua de alta velocidad. En agua clara, la absorción de la luz visible es mayor en la parte roja del espectro, con una absorción mínima en torno a los 450 nm. Sin embargo, esto puede cambiar dependiendo de los constituyentes e impurezas del agua, como el plancton o las algas. Por

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Aplicaciones VLC

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lo tanto, la longitud de onda se determina dependiendo de la aplicación y del entorno [127].

Las comunicaciones por luz visible permiten varias aplicaciones que aprovechan los LEDs instalados. Se espera que de aquí a unos años surjan muchas más aplicaciones que las mencionadas y que las que se van a desarrollar a lo largo de este capítulo.