Studium vlastností optické bezvláknové datové sítě pro vnitřní prostory v oblasti viditelného optického záření.

Petr Koudelka

Disertační práce

Study of the Indoor Optical Wireless Network in the Visible Optical Radiation

Anotace:

Bezdrátové datové sítě představují progresivně se vyvíjející oblast informačních technologií. Umožňují lidem být více flexibilní, protože nemusí zůstat v pevném místě, například doma nebo v kanceláři, ale mohou sdílet informace s ostatními lidmi při cestování v autě nebo při chůzi po ulici. Bezdrátové datové sítě umožňují lepší dostupnost služeb než tradiční drátové připojení. Nový dynamický směr vývoje bezdrátových datových sítí je založen na myšlence datových sítí využívajících optického záření v oblasti viditelného spektra VLC (Visible Light Communications). Impulzem tohoto směru vývoje se stal pokrok v technologiích polovodičového osvětlení prostřednictvím bílých výkonových LED (Light Emitting Diode). Tento typ bezdrátových datových sítí označujeme jako optické bezvláknové datové sítě pro vnitřní prostory využívající optického záření v oblasti viditelného spektra. První výsledky výzkumu v této oblasti byly zakončeny v prosinci 2011 normou IEEE 802.15.7 (modulační formáty OOK, VPPM a CSK). Práce si klade za cíl sledovat současné trendy pokračujícího výzkumu. Jedná se o problematiku vícecestného šíření při hybridním spojení mezi vysílačem a přijímačem při přímé viditelnosti LOS (Line of Sight) a řešení kolísání včetně řízení optického výkonu při přenosu dat pro vícestavové modulační formáty. Teoretická část práce se zabývá problematikou matematického popisu a softwarového modelování buňky optického vysílače pracujícího ve viditelné oblasti optického záření a dále matematickému popisu vlivu modulačních formátů na problémy způsobené vícecestným šířením. Praktická část práce se věnuje experimentálnímu ověření vlivu modulačních formátů na problémy způsobené vícecestným šířením, ověřením vlivu modulačních formátů na kolísání optického výkonu včetně návrhu řešení eliminace kolísání a řízení optického výkonu pro vícestavové modulační formáty.

Abstract:

The wireless networks represent progressively developed area of information technologies. They allow to the people to be more flexible, because they can’t be fixed in their homes or offices, but they can share information with other people during travelling in the train, car or even during walking on the street. The wireless networks enable better availability of the services then conventional wiring connection. The new dynamic direction of wireless networks development is based on the idea of networks utilizing the optical radiation in the visible spectrum VLC (Visible Light Communications). The impulse of this development direction was improvement in the semiconductor lighting technologies, namely the white power LEDs (Light Emitting Diode). These types of wireless networks are denoted as the optical wireless networks for indoor spaces utilizing optical radiation in the visible spectrum. The first research results in this area were concluded by the IEEE standard 802.15.7 (modulations VPPM, OOK and CSK) in 2011. The aim of this thesis is to observe current research trends. It is mainly problematic of multipath propagation during hybrid connection in between transceiver and receiver with direct visibility LOS and variation of optical power during data transmission for higher modulation formats. The theoretical part of this thesis includes summary of wireless networks, is closely dealing with optical wireless networks and also with mathematical description of optical wireless networks channel for indoor spaces utilizing optical radiation in visible spectrum. The theoretical part is dealing with mathematical description and software modulation of the optical transmitter cell operating in visible radiation range and also with mathematical description of the modulation formats influence on difficulties caused by multipath propagation. Practical part is aimed at experimental verification of modulation formats influence on problems caused by multipath propagation, verification of modulation formats influence on optical power variation. This part is also including suggestions for variations elimination and optical power control in case of multistate modulation formats.

Klíčová slova

Optické bezvláknové datové sítě, LED, optický bezvláknový kanál, vícestavové modulace, viditelné optické spektrum, vícecestné šíření.

Keywords

Optical wireless network, LED, optical wireless channel, multi-state modulation, visible light optical spectrum, multipath propagation.

Jazyk práce: čeština

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 7. 9. 2015

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 30. 5. 2016
• Vedoucí: Vladimír Vašinek
• Oponent: Jan Maschke, Otakar Wilfert, Stanislav Zvánovec

VŠB - Technická univerzita Ostrava

Fakulta elektrotechniky a informatiky

Doktorský studijní program / obor:
Informatika, komunikační technologie a aplikovaná matematika / Komunikační technologie