Controle de potência para aumento da eficiência energética em sistemas de comunicações ópticas por luz visível
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Universidade Federal de Minas Gerais
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Tipo
Dissertação de mestrado
Título alternativo
Primeiro orientador
Membros da banca
Luciana Pedrosa Salles
Vítor Gouvêa Andrezo Carneiro
Vítor Gouvêa Andrezo Carneiro
Resumo
Comunicações Ópticas sem Fio ou Optical Wireless Communications (OWC) é uma
tecnologia bastante emergente, com alto interesse pela indústria e pela academia. Esse
alto interesse nessa tecnologia é devido a esta ser uma proposta alternativa complementar
ou substitutiva para os sistemas em rádio frequência (RF). Esta motivação está bastante
atrelada à escassez do espectro de frequências utilizado nas comunicações RF. Os
sistemas OWC podem ser classificados como, indoor e outdoor, e são utilizados para sua
transmissão LED ou laser. Em particular, os sistemas baseados em LED são conhecidos
como Sistemas de Comunicações em Luz Visível ou Visible Light Communications
(VLC), sistemas esses que ganharam mais relevância devido a ampla difusão dos LEDs
como fontes de iluminação. A economia de energia elétrica decorrente do uso dos
LEDs é provavelmente um dos benefícios mais importantes que podem ser obtidos
usando-se sistemas VLC. Podemos considerar que um dos maiores consumos de energia
elétrica hoje é devido a utilização de lâmpadas para luz ambiente e por essa razão, o
desenvolvimento de fontes de luz mais eficientes é demasiadamente importante. Algumas
vantagens dos sistemas VLC em relação à sua contraparte em RF são: amplo espectro
para utilização, fácil implementação, baixo custo, alta eficiência energética, seguro para
a saúde humana, não interferem com sistemas RF e podem ser aplicados nas áreas de
segurança da informação. Neste contexto, surge a necessidade de garantir uma eficiência
energética óptica cada vez maior em sistemas VLC, o que pode ser alcançado por meio de
estratégias de controle de potência utilizado na transmissão de dados. Este trabalho traz
uma análise por meio de equações que modelam matematicamente os sistemas VLC de
diversos cenários em que são aplicados um controle na potência óptica transmitida para
que a potência recebida permaneça entre limites pré-estabelecidos. Além do controle
da potência executado, foi também incluído um sistema de posicionamento interno
utilizando a tecnologia VLC. Esse sistema tem por objetivo conseguir a posição do
receptor e aliado a esta informação, direcionar a potência transmitida para este ponto, no
intuito de despender uma potência que satisfaça às condições impostas ao controle da
potência.
Abstract
Optical Wireless Communications (OWC) is a technology very emerging, with high
interest in industry and academia. This high interest in this technology is due to this
being a complementary or substitutive alternative proposal for the radio frequency (RF)
systems. This motivation is closely linked to spectrum scarcity of frequencies used in RF
communications. OWC systems can be classified as indoor and outdoor, and are used for
your LED or laser transmission. In particular, LED based systems are known as Visible
Light or Visible Communications Systems Light Communications (VLC), systems that
have gained more relevance due to the wide diffusion of LEDs as sources of lighting.
The energy savings resulting from the use of LEDs is probably one of the most important
benefits that can be gained by using VLC systems. We can consider that one of the
biggest consumptions of electric energy today is due to the use of lamps for ambient light
and for that reason, the development of light more efficiently is all too important. Some
advantages of VLC systems in comparison to its RF counterpart are: broad spectrum for
use, easy implementation, low cost, high energy efficiency, safe for human health, do not
interfere with RF systems and can be applied in the areas of information security. In this
context, the need arises to ensure an increasing optical energy efficiency in VLC systems,
which can be achieved through power control strategies used in data transmission. This
work brings an analysis through equations that mathematically model the systems VLC
of different scenarios in which a control is applied on the optical power transmitted
so that the received power remains within pre-established limits. In addition to power
control executed, an internal positioning system was also included using the technology
VLC. This system aims to obtain the position of the receiver and, together with this
information, direct the transmitted power to this point, in order to expend a power that
satisfies the conditions imposed on the power control.
Assunto
Engenharia elétrica, Comunicações óticas, Eficiência energética, Sistemas de comunicação
Palavras-chave
Comunicações em luz visível, Óptica no espaço livre, Controle de potência, Potência óptica, Eficiência energética
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