Técnicas de modulación de tasa adaptativa en enlaces ópticos no guiados de alta velocidad

Abstract

En los últimos años, el rápido desarrollo de terminales portátiles y de aplicaciones multimedia, junto con las limitaciones inherentes a las técnicas de transmisión radio, han producido un considerable aumento en el interés por las tecnologías de transmisión inalámbricas basadas en radiación infrarroja. A pesar de que los esquemas de transmisión que emplean frecuencias de radio estén comercialmente más extendidos, existe una notable actividad en el desarrollo de estándares y sistemas de redes de área local inalámbricas (WLAN), que pretenden ofrecer conectividad a altas velocidades, flexibilidad y autonomía, permitiendo la transferencia de información a los mismos regímenes binarios que poseen las redes cableadas. Los primeros sistemas de comunicaciones ópticas no guiadas se basan en enlaces punto a punto establecidos entre transmisores y receptores directivos que necesitaban de visibilidad directa (LOS) entre ellos, lo que implica la necesidad de alineación de los dispositivos antes de establecer la comunicación. En la actualidad, el interés se centra principalmente en enlaces no directivos que utilizan reflexiones difusas en el techo y paredes de los recintos para el establecimiento de las conexiones, lo que proporciona una alta inmunidad al sombreado y hace que la orientación de transmisor y receptor sea innecesaria. Sin embargo, los enlaces difusos sufren una elevada dispersión temporal debido a la propagación multicamino, junto con una mayor necesidad de potencia óptica transmitida debido a los amplios diagramas de radiación de los transmisores y ángulos de visión de los receptores, lo que incrementa el efecto dañino del ruido shot producido por la luz ambiental y captada por el dispositivo fotodetector, en especial procedente de las lámparas fluorescentes. Los sistemas basados en enlaces no directivos, sobre todo en enlaces difusos, pueden sufrir variaciones muy elevadas de la relación señal a ruido (SNR) debido al posible sombreado entre transmisor y receptor, dando lugar incluso a la pérdida total de la comunicación. En este sentido, es deseable la utilización de esquemas de transmisión de tasa adaptativa que permitan mantener la comunicación en condiciones adversas, modificando la velocidad de transmisión dependiendo de la SNR existente, hasta que se consiga una probabilidad de error suficientemente baja. Esta tesis se centra en el estudio de diversos esquemas de transmisión de tasa adaptativa, basado en la realización de simulaciones numéricas mediante el método de Monte-Carlo junto con la obtención de aproximaciones analíticas que avalan los resultados obtenidos. Aunque tradicionalmente el mecanismo de adaptación de la tasa de transmisión está basada en la codificación con repetición, en esta tesis se explotan las especiales características del canal óptico difuso que presenta una especial sensibilidad a la relaci ón de potencia óptica pico a promedio (PAOPR), de manera que un incrmemento en este parámetro lleva siempre asociada una reducción en la probabilidad de error. Así, se analizan en primer lugar los esquemas de codificación basados en la inserción de intervalos de silencio, teniendo en cuenta las características de las técnicas de generaci ón de secuencias de longitud constreñida (RLL) y el estándar VFIr propuesto por la asociación IrDA. Asímismo se estudia el comportamiento de esquemas clásicos de coficicación convolucional y codificación RCPC, ampliamente utilizados en sistemas radio. Por último, se propone un novedoso esquema de codificación de tasa adaptativa basado codificación bloque con palabras código de peso Hamming variable, denominado vw-MPPM. Esta técnica es una extensión de la técnica de modulación de múltiples pulsos por posición (MPPM), permitiendo palabras código con diferente peso Hamming. Además, se propone la utilización de esquemas de decodificación extremadamente simples basados en la técnica de detección de máxima semejanza. Como parte del análisis del comportamiento de la técnica vw-MPPM, se realiza un estudio de las características espectrales de la señal resultante, obteniendo conclusiones importantes desde el punto de vista de la implementación práctica de un sistema de comunicaciones ópticas inalámbricas de tasa adaptativa.