Onderzoek naar Geschakeld, Fasegemoduleerd, Multicarrier Modulatie voor Hoge Datasnelheid Zichtbaar Licht Communicatie

Hoog vermogen wit licht-emitterende diodes (LEDs) worden veelvuldig toegepast in moderne verlichtingsinfrastructuren vanwege hun langere levensduur en hogere energie-efficiëntie ten opzichte van conventionele verlichting. Bovendien kunnen LEDs in- en uitgeschakeld worden aan een voldoende hoge snelheid die niet kan worden waargenomen door het menselijk oog. Zo kan een communicatielink gerealiseerd worden door middel van zichtbaar licht, wat leidt tot het concept zichtbare lichtcommunicatie oftewel Visible Light Communication (VLC). De aanwezigheid van LEDs enerzijds en de druk op het schaarse Radio Frequente (RF) spectrum door de toenemende vraag naar dataverkeer anderzijds heeft de aandacht gevestigd op VLC als aanvulling voor RF. VLC-gebaseerde systemen met Gbit/sec datasnelheden zijn reeds ontwikkeld en berusten op de combinatie van Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) met Wavelength Division Multiplexing (WDM). Echter is de focus bij deze systemen amper gericht op de verlichtingsfunctionaliteit van een realistisch scenario voor binnenverlichting, terwijl het gebruik van geavanceerde elektronica vereist is wat leidt tot een hogere implementatiekost. Daarnaast vertoont de LED een niet-lineariteit die voorzorgsmaatregelen oplegt in het ontwerpen van deze VLC systemen om een verslechterde prestatie tegen te gaan. In deze thesis wordt een realistisch scenario voor binnenverlichting beschouwd waar de VLC-implementatie wordt gerealiseerd tegen een lage kost zonder het gebruik van geavanceerde elektronica, terwijl de verlichtingsfunctionaliteit in rekening wordt gebracht alsook het vermijden van de LED niet-lineariteit. Bijgevolg wordt de focus gelegd op twee modulatietechnieken die met aan/uit-signalen werken namelijk Variable Pulse Position Modulation (VPPM) en het in eigen huis ontwikkelde Single Edge Position Modulation (SEPM). De spectrale efficiëntie van beide technieken wordt onderzocht alsook het beoordelen van hun prestatie door middel van simulatie en/of experiment over een groot bereik aan dimniveaus. Daarna wordt SEPM uitgewerkt in een array bestaande uit naast elkaar geplaatste LEDs om de spectrale efficiëntie te verbeteren. Het gebruik van een circulaire verschuiving wordt voorgesteld om zo unieke golfvormen te creëren aan de ontvangstzijde zodat de uitgezonden data door iedere LED kan worden bepaald. Dit uitgewerkt systeem is aangeduid als Circular Shifted-SEPM (CS-SEPM) en is ook onderzocht met betrekking tot de spectrale efficiëntie en prestatie. De resultaten tonen aan dat CS-SEPM een verbeterde spectrale efficiëntie kan behalen ten opzichte van SEPM. Deze verbetering wordt nadrukkelijker wanneer het aantal opgenomen bits per golfvorm toeneemt. Echter vertonen de ontvangen CS-SEPM-golfvormen een meer gecompliceerde vorm die de prestatie van de ontvanger negatief beïnvloedt wanneer Inter-Symbol Interference (ISI) een rol begint te spelen. Bovendien biedt 1-bit SEPM de beste robuustheid tegen ISI en ondersteunt het zelfs onder invloed van ernstige ISI een datasnelheid van 10 Mbit/sec voor verschillende dimniveaus. Dit op voorwaarde dat de Signal-to-Noise Ratio (SNR) voldoende hoog is, dit wil zeggen ongeveer 40 à 50 dB wat haalbaar is voor een realistisch binnenshuis VLC scenario.