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Abstract(s)
In recent years, lighting solutions have gradually been replaced by more efficient features,
taking advantage of Light Emitting Diodes (LEDs) that have progressively conquered the
market with increasingly high optical powers, low energy consumption and variable color
temperatures. Along with this evolution, Visible Light Communication (VLC)
technology has also been developed to use this existing lighting infrastructure and the
inherent characteristic of LEDs being easily switched to high frequency to build data
transmission systems. The applications of this communication technology using
electromagnetic signals in the visible range are currently in a development stage with
promising applications in several domains.
This dissertation intends to study an optical communication system based on VLC to
establish communication between road infrastructures and. Vehicles. For this purpose,
four communication channels established through the modulation of white trichromatic
LED emitters are used. Detection of the optical signals is performed with a photodiode
based on two stacked pin structures made of a-Si:H and a-SiC:H. This device works as
an optical filter in the visible spectrum and its spectral sensitivity can be adjusted through
stationary optical bias. On-Off-Keying (OOK) modulation is used. The structure of the
data blocks to be transmitted was designed to avoid undesirable effects related to ambient
light (flickering and/or perceptible variations in color temperature of the white light). The
experimental tests of the proposed model were performed in the Optoelectronics
laboratory using a small-scale prototype. The results show that with the proposed system
it is possible to transmit information between road infrastructure and vehicles. In addition
to data transmission, other security features have been addressed, such as the
determination of the speed of vehicles movement by the network, as well as the
determination of the position of the vehicles and their direction of travel in the road.
Nos últimos anos as soluções de iluminação têm vindo a ser gradualmente substituídas por recursos mais eficientes, tirando partido das lâmpadas baseadas em Light Emitting Diodes (LEDs) que progressivamente têm inundado o mercado com potências óticas cada vez mais elevadas, baixos consumos energéticos e temperaturas de cor variáveis. A par desta evolução, a tecnologia Visible Light Communication (VLC) tem vindo igualmente a ser desenvolvida no sentido de utilizar esta infraestrutura de iluminação já existente e a característica inerente aos LEDs de poderem ser facilmente comutados a alta frequência para construir sistemas de transmissão de dados. As aplicações desta tecnologia de comunicação usando sinais eletromagnéticos no domínio do visível está neste momento em fase de desenvolvimento e revela-se promissora em diversos domínios de aplicação. Nesta dissertação pretende-se estudar um sistema de comunicação ótico baseado em VLC para estabelecer comunicação entre infraestruturas rodoviárias e veículos. Para o efeito usam-se quatro canais de comunicação estabelecidos através da modulação dos emissores de LEDs brancos tricromáticos, assim como LEDs violeta. A deteção dos sinais óticos é realizada com um fotodíodo baseado em duas estruturas pin empilhadas realizadas com a-Si:H e a-SiC:H. Este dispositivo funciona como um filtro ótico no domínio do visível, cuja sensibilidade espetral pode ser ajustada através de polarização ótica estacionária. Utiliza-se a modulação On-Off-Keying (OOK), sendo a estrutura dos blocos de dados a transmitir desenhada por forma a evitar efeitos indesejáveis em termos de iluminação ambiente (flickering e/ou variações percetíveis na temperatura de cor da luz branca). Os testes experimentais do modelo proposto foram realizados no laboratório de Optoeletrónica usando um protótipo em escala reduzida. Os resultados obtidos demonstram que com o sistema proposto é possível a transmissão de informação entre a infraestrutura rodoviária e os veículos. Para além da transmissão de dados, outras funcionalidades no dominio da segurança foram abordadas. Como por exemplo a determinação da velocidade de deslocação dos veículos por parte da rede, assim como a determinação da posição dos veículos e o seu sentido de deslocamento na faixa de rodagem.
Nos últimos anos as soluções de iluminação têm vindo a ser gradualmente substituídas por recursos mais eficientes, tirando partido das lâmpadas baseadas em Light Emitting Diodes (LEDs) que progressivamente têm inundado o mercado com potências óticas cada vez mais elevadas, baixos consumos energéticos e temperaturas de cor variáveis. A par desta evolução, a tecnologia Visible Light Communication (VLC) tem vindo igualmente a ser desenvolvida no sentido de utilizar esta infraestrutura de iluminação já existente e a característica inerente aos LEDs de poderem ser facilmente comutados a alta frequência para construir sistemas de transmissão de dados. As aplicações desta tecnologia de comunicação usando sinais eletromagnéticos no domínio do visível está neste momento em fase de desenvolvimento e revela-se promissora em diversos domínios de aplicação. Nesta dissertação pretende-se estudar um sistema de comunicação ótico baseado em VLC para estabelecer comunicação entre infraestruturas rodoviárias e veículos. Para o efeito usam-se quatro canais de comunicação estabelecidos através da modulação dos emissores de LEDs brancos tricromáticos, assim como LEDs violeta. A deteção dos sinais óticos é realizada com um fotodíodo baseado em duas estruturas pin empilhadas realizadas com a-Si:H e a-SiC:H. Este dispositivo funciona como um filtro ótico no domínio do visível, cuja sensibilidade espetral pode ser ajustada através de polarização ótica estacionária. Utiliza-se a modulação On-Off-Keying (OOK), sendo a estrutura dos blocos de dados a transmitir desenhada por forma a evitar efeitos indesejáveis em termos de iluminação ambiente (flickering e/ou variações percetíveis na temperatura de cor da luz branca). Os testes experimentais do modelo proposto foram realizados no laboratório de Optoeletrónica usando um protótipo em escala reduzida. Os resultados obtidos demonstram que com o sistema proposto é possível a transmissão de informação entre a infraestrutura rodoviária e os veículos. Para além da transmissão de dados, outras funcionalidades no dominio da segurança foram abordadas. Como por exemplo a determinação da velocidade de deslocação dos veículos por parte da rede, assim como a determinação da posição dos veículos e o seu sentido de deslocamento na faixa de rodagem.
Description
Dissertação para obtenção do grau de mestre em Engenharia de Electrónica e Telecomunicações
Keywords
Visible light communication Comunicação de luz visível Infrastructure to vehicle communication Infra-estrutura para comunicação de veículos Light emitting diode Diodo emissor de luz Photodiode Fotodiodo On-Off-Keying Dataframe Multiplexing Multiplexação Dynamic current control Corrente dinâmica controle Semiconductor Semicondutor Wavelength Comprimento de onda Absorption coefficient Coeficiente de absorção
Citation
RODRIGUES, Fábio Alexandre Freitas - Infrastructure to vehícle communication using visible light communication. Lisboa: Instituto Superior de Engenharia de Lisboa, 2018. Dissertação de mestrado.
Publisher
Instituto Superior de Engenharia de Lisboa