Vysílače pro bezvláknové optické difúzní sítě

Stanislav Hejduk

Doctoral thesis

Transmitters for fiberless optical diffusive networks

Abstract:

Tato práce se zabývá mobilními bezvláknovými optickými komunikacemi. V rámci této rozsáhlé problematiky je práce zaměřena primárně na využití komunikace pomocí nově navrhovaného modelu RGBY. Ten umožňuje komunikaci pomocí 4 různých vlnových délek ve viditelném světelném spektru současně a přitom zachovává na výstupu bílé světlo, které může současně sloužit pro potřeby osvětlování. Přenos dat pomocí bezdrátových technologií v současnosti představuje významnou oblast vědeckého zájmu. Požadavky na mobilitu a objemy přenášených dat se u koncových uživatelů každým dnem zvyšují. Díky velké hustotě zalidnění se ve městech dostává rádiová komunikace na hranici svých přenosových schopností. Velikost buněk mobilních operátorů se neustále zmenšuje, aby obsáhla rostoucí počet mobilních koncových zařízení. Možnosti připojení pomocí bezdrátových rádiových technologií začínají být, především v pásmu 2,4 GHz, výrazným problémem. V pokrývaných oblastech bývá ve většině případů více přístupových bodů než dostupných kanálů. To způsobuje, že se kanály začínají opakovat a vzájemně se tak rušit. Neustále se tak zvyšuje potřeba dalších komunikačních technologií, které by dokázaly eliminovat problémy s rušením a poskytovaly vysoké přenosové rychlosti při zachování mobility. Jednou z možností řešení se ukazuje právě využití bezvláknových optických sítí, které poskytují transportní nezávislost, pracují v bezlicenčním pásmu a se současným rozvojem LED technologií je lze snadněji implementovat pro potřeby koncových uživatelů. Aktuálně navrhované možnosti komunikačního systému pomocí bílých LED, nebo kombinace barev RGB se ukázaly jako nedostatečné, takže byla pro komunikaci dodatečně přidána ještě barva žlutá. Výstupem je komunikační model RGBY, který lépe využívá rozsah viditelného spektra a umožňuje vytvářet buňkové systémy pro pokrývání větších prostorů. Teoretická část práce se zabývá základy systémů komunikací ve viditelném spektru (VLC), jejich možnostmi, problémy a využitím. Praktická část pak klade důraz na návrh RGBY komunikačního systému a jeho realizaci pro potřeby ověření použitelnosti v reálných podmínkách.

Abstract:

This work deals with mobile fiberless optical communications. Due to the huge area of this technology, this work is primarily fucused on use of the RGBY model. This model can communicate with 4 separate wavelenghts in visible spectrum and keep white light at the output, so it can be used also for illumination pusposes. Wireless data transmission is a huge area of interest today. The demand of user mobility and amount of transmitted data is increasing every day. Due to the high density of city population are radio technologies on the edge of the usability. The cell sizes of mobile operators are steadily decreasing to obtain the growing numbers of mobile phone users. Connecting via Wi-Fi is nowadays the significant problem, especially in 2,4 GHz band. Number of access points in the areas is usually higher than number of available channels. This leads to problem that channels are starting to repeat and mutually interfere with each other. Need for other technologies, that could eliminate this problems are constantly increasing. One of possible solutions are fiberless optical netwotks, which offers communication transparency, unlicensed band and thanks to the actual development of LED technologies also easier implementation to users needs. Instead of white LEDs this work uses multiple individual colors and diffuser to create white light. The current system capabilities with use of RGB (red, green and blue) model are insufficient so the system was extended with yellow. As a result we get RGBY system which better utilizes the visible spectrum and it is capable to create huge cellular systems for wide area coverage. Theoretical part of this work deals with the theory of visible light communication systems (VLC), their possibilities, challenges and applications. The practical part is focused on the design of RGBY communication system and its realization. In the final part the system functionality in the real conditions is validated.

Keywords

Fotodetektory, komunikace ve viditelném spektru, LED, OOK, optické filtry, optické spektrum, RGB, RGBY, VLC, 802.15.7.

Keywords

Fotodetectors, visible light communications, LED, OOK, optical filters, optical spectrum, RGB, RGBY, VLC, 802.15.7.

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 19. 4. 2017

Thesis defence

• Date of defence: 31. 5. 2017
• Supervisor: Vladimír Vašinek
• Reader: Milan Dado, Otakar Wilfert, Stanislav Zvánovec

VŠB - Technical University of Ostrava

Fakulta elektrotechniky a informatiky

Doctoral programme / field:
Informatika, komunikační technologie a aplikovaná matematika / Komunikační technologie