Sistema de Comunicación por Luz Visible para el Posicionamiento en Interiores Basado en Esquemas de Modulación o Multiplexación

Abstract

En los últimos años, los sistemas de posicionamiento a nivel de interiores basados en la tecnología de comunicación por luz visible usando diodos emisores de luz (LED - light emitting diodes) blanca (W - white) están siendo ampliamente estudiados en la literatura. Esta tecnología se llama posicionamiento por luz visible (VLP - visible light positioning) y se presenta como una alternativa para los sistemas de navegación en tiempo real a la vez que presta el servicio de iluminación y comunicación. El propósito de VLP es añadir a los LEDs blancos (WLEDs) la capacidad de transmitir señales útiles para el sistema de localización, con el fin de proporcionar servicios basados en la ubicación sin que la lámpara pierda su función principal de iluminación. Uno de los principales retos de la tecnología VLP se relaciona con la adaptación efectiva de esquemas de modulación o multiplexación en función de las características del canal óptico y el escenario de aplicación. Adicionalmente, se evidencia la necesidad de proponer una arquitectura multi-celda que contribuya al equilibrio entre los indicadores de desempeño y la confiabilidad en la transmisión de los datos a través del medio compartido. Por tanto, en esta tesis se desarrolla una arquitectura VLP multi-celda mediante la adaptación de un esquema de multiplexación al modelo del canal VLC, considerando las características de un escenario real. Con este fin, se consideró un modelo de canal VLC que incluye componentes de línea de vista y sin línea de vista. Adicionalmente, se realizó un estudio sobre los grados de libertad y los efectos sobre los indicadores de desempeño del sistema VLP, tales como precisión, interferencia, complejidad, robustez, escalabilidad, energía, latencia y costo. Se sugiere un análisis matemático para el modelo de canal VLP empleando diferentes longitudes de onda y se adoptan las técnicas de transmisión de identificadores con señales portadoras mono tono y el algoritmo de trilateración para el problema de localización en una red VLP con múltiples celdas. Este sistema combina las funciones de un esquema de multiplexación por división de frecuencia para los transmisores ópticos y la técnica de intensidad de la señal recibida para estimar las distancias entre el transmisor y el receptor de luz visible. Se realizaron diferentes simulaciones Monte Carlo de la arquitectura VLP propuesta donde se evaluaron sus grados de libertad y el impacto sobre los indicadores de desempeño. Se validó el sistema VLP multi-celda con un experimento en un entorno de laboratorio con características particulares del museo del Instituto Tecnológico Metropolitano. Se propone un análisis de los indicadores de desempeño del sistema VLP y la confiabilidad en la transmisión de los datos del sistema VLC a través del medio compartido. En síntesis, el sistema VLP multi-celda presenta un impacto positivo y equilibrado en la mayoría de los indicadores de desempeño y muestra flexibilidad para ser desplegado en diferentes escenarios prácticos