Modulation techniques Research Papers - Academia.edu (original) (raw)

In this work a comparative study in an indoor ambient between three optical modulations based on OFDM are presented: DCO-OFDM (DC Clipped Optical-Orthogonal Frequency Division Multiplexing), ACO-OFDM (Asymmetrically Clipped Optical-Orthogonal Frequency Division Multiplexing) Y HACO-OFDM (Hybrid Asymmetrically Clipped Optical-Orthogonal Frequency Division Multiplexing). The comparisons are presented in terms of Spectral Efficiency which is obtained analytically; BER (Bit Error Rate) vs SNR (Signal to Noise Ratio), and PAPR (Peak Average Power Ratio) are obtained by simulations using MATLAB. Index Terms-DCO-OFDM, ACO-OFDM, HACO-OFDM, Li-Fi, BER, PAPR, VLC, OFDM, OWC. I. INTRODUCCIÓN Li-Fi (Light-Fidelity) es una tecnología OWC (Optical Wireless communications) que trabaja dentro del espectro de luz visible mediante el uso de un LED (Light emitting Diode) como transmisor y un fotodetector como receptor, en comparación con las redes inalámbricas de radio frecuencia, como Wi-Fi, donde el espectro se está saturando [1]. La técnica más común para modular y demodular una señal eléctrica en una señal óptica con un LED y un fotodetector se conoce como técnica de modulación por intensidad (IM) y detección directa (DD) respectivamente [2]. Recientemente, las técnicas de modulación que pueden usarse con Li-Fi son uno de los campos de investigación debido a que no todas las técnicas de OWC se acomodan a los requerimientos de iluminación en Li-Fi. Por ejemplo, Li-Fi necesita de una iluminación regulable para que el LED pueda transmitir información aun cuando la luz no sea requerida [3]. Hay una gran variedad de técnicas de modulación que pueden ser usadas por Li-Fi. Una clasificación se presenta en [3] con cuatro diferentes grupos: Modulaciones de una sola portadora (SCM), OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing), modulaciones multi-portadora (MCM) que no son OFDM, y modulación en el dominio del color (CSK). Entre ellas, las modulaciones basadas en OFDM son ampliamente usadas por sus características para disminuir los efectos multitrayectoria. Las modulaciones basadas en OFDM más básicas son DCO-OFDM (DC Clipped Optical-Orthogonal Frequency Division Multiplexing), ACO-OFDM (Asymmetrically Clipped Optical-Orthogonal Frequency Division Multiplexing) y PAM-DMT (Pulse Amplitude Modulation-Discrete Multi-Tone). A partir de estas tres modulaciones, se presentan otras modulaciones de carácter híbrido como HACO-OFDM (Hybrid Asymmetrically Clipped Optical-Orthogonal Frequency Division Multiplexing). Li-Fi puede trabajar en dos tipos de escenario: un escenario exterior como postes de luz e iluminación entre vehículos, y un escenario interior, como oficinas, una cabina de avión o en hogares. Estos escenarios pueden ser descritos mediante varios modelos. Así, para ambientes interiores, existen modelos como el modelo de Lambert [2], [4], Ceiling Bounce Model, Hayasaka-Ito Model y un modelo esférico, entre otros [2]. El objetivo de este artículo es presentar un estudio comparativo del desempeño de las técnicas de modulación DCO-OFDM, ACO-OFDM y HACO-OFDM en términos de BER (Bit Error Rate) vs SNR (Signal to Noise Ratio), PAPR (Peak to Average Power Ratio) y eficiencia espectral. Las técnicas de modulación se comparan en un ambiente interior con un modelo de Lambert para describir el canal. El resto del articulo se organiza de la siguiente forma: en la sección II se explican las técnicas de modulación basadas en OFDM. En la sección III se presenta una descripción del canal. Después, en la sección IV se discuten los resultados obtenidos en términos de BER vs SNR, PAPR y eficiencia espectral. Finalmente, las conclusiones se presentan en la sección VI. II. TÉCNICAS DE MODULACIÓN BASADAS EN OFDM Antes de transmitir con IM/DD deben considerarse dos aspectos, debido a que la intensidad de la luz no puede ser negativa, las señales moduladas deben ser reales y positivas [5]. En señales OFDM, cuando las subportadoras se arreglan para cumplir una simetría Hermitica y pasan por el bloque IFFT (Inverse Fast Fourier Transform) la salida es completamente real [5]-[8]. La condición de simetría Hermitica se presenta en (1), donde * representa el