Receptores con diversidad angular para sistemas de comunicaciones ópticas no guiadas

179 Pages·2008·3.34 MB·English

Universidad de M´alaga
Escuela T´ecnica Superior de Ingenier´ıa de Telecomunicaci´on
TESIS DOCTORAL
Receptores con diversidad angular para sistemas de
comunicaciones ´opticas no guiadas
Autor:
Miguel del Castillo Va´zquez
Director:
Antonio Puerta Notario

UNIVERSIDAD DE MA´LAGA
ESCUELA TE´CNICA SUPERIOR DE INGENIER´IA DE
TELECOMUNICACIO´N
Reunido el tribunal examinador en el d´ıa de la fecha, constituido por:
Presidente: Dr. D.
Secretario: Dr. D.
Vocales: Dr. D.
Dr. D.
Dr. D.
para juzgar la Tesis Doctoral titulada Receptores con diversidad angular para sistemas de
comunicaciones ´opticas no guiadas realizada por D. Miguel del Castillo V´azquez y dirigida
por el Prof. Dr. D. Antonio Puerta Notario, acord´o por
otorgar la calificaci´on de
y para que conste,
se extiende firmada por los componentes del tribunal la presente diligencia.
M´alaga a de del
El Presidente: El Secretario:
Fdo.: Fdo.:
El Vocal: El Vocal: El Vocal:
Fdo.: Fdo.: Fdo.:

A mis padres
Florencio y Beatriz

Agradecimientos
En primer lugar quiero mostrar mi m´as sincero agradecimiento a Antonio Puerta, director
de esta tesis, por su gran ayuda, su paciencia, sus valiosas ideas y sus excelentes consejos.
Tambi´en quiero agradecer a mis compan˜eros del Departamento de Ingenier´ıa de Comunica-
ciones, particularmente a Beatriz, Antonio, Mat´ıas y Francis, la ayuda que me han prestado
durante todo este tiempo.
Por u´ltimo, no quiero olvidar a toda la gente, familiares y amigos, que directa o indirecta-
mente han contribuido a la realizaci´on de esta tesis. Mi agradecimiento a todos ellos y de
forma muy especial a Anabel.
EstetrabajohasidorealizadoenelmarcodelosProyectosTIC1999-0633yTIC03-05012,financiados
por la Comisi´on Interministerial de Ciencia y Tecnolog´ıa.

´
Indice general
Resumen I
Abstract III
Lista de acr´onimos V
Lista de variables VII
1. Introducci´on general 1
1.1. Sistemas inal´ambricos para interiores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.1.1. Tecnolog´ıas y est´andares inal´ambricos . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.1.2. Particularidades de los enlaces ´opticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.1.3. Disen˜o de enlaces ´opticos de interior . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.2. Objetivo y organizaci´on de la tesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2. Transmisores y receptores con diversidad angular 13
2.1. Introducci´on. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.2. Estructuras receptoras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.2.1. Luz ambiental y filtrado ´optico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.2.2. Concentraci´on ´optica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.2.3. T´ecnicas de combinaci´on. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2.2.4. Disen˜os de receptores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2.3. Estructuras transmisoras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
2.3.1. Emisores y seguridad ocular . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
2.3.2. Disen˜os de transmisores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
2.4. Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
3. Receptores propuestos 43
3.1. Introducci´on. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
3.2. Receptor de cabezal auto-orientable . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
3.2.1. Descripci´on general . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
3.2.2. Elecci´on de par´ametros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
3.3. Receptor formador de imagen de canal u´nico . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
i
ii
3.3.1. Descripci´on general . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
3.3.2. Elecci´on de par´ametros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
3.4. Orientaci´on de los receptores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
3.4.1. Algoritmos de bu´squeda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
3.4.2. Bloqueos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
3.5. An´alisis comparativo preliminar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
3.5.1. Descripci´on del enlace . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
3.5.2. Evaluaci´on del receptor de cabezal auto-orientable . . . . . . . . . . . 70
3.5.3. Evaluaci´on del receptor formador de imagen de canal u´nico . . . . . . 77
3.5.4. Evaluaci´on conjunta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
3.6. Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
4. An´alisis de enlaces con los receptores propuestos 89
4.1. Introducci´on. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
4.2. Caracterizaci´on del canal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
4.2.1. Elementos emisores y receptores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
4.2.2. Fuentes de luz ambiental. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
4.2.3. Obtenci´on de la respuesta al impulso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
4.2.4. Ancho de banda, p´erdidas y relaci´on sen˜al-ruido . . . . . . . . . . . . 108
4.3. Aspectos de disen˜o del transmisor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
4.3.1. Elecci´on del patr´on de radiaci´on . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
4.3.2. Elecci´on del taman˜o de los spots . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
4.4. An´alisis comparativo detallado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
4.4.1. Descripci´on del escenario . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
4.4.2. An´alisis de enlaces con el receptor de cabezal auto-orientable . . . . . 120
4.4.3. An´alisis de enlaces con el receptor formador de imagen de canal u´nico 128
4.4.4. Efecto del ruido interno del receptor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
4.5. Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
5. Conclusiones y l´ıneas futuras de investigaci´on 145
5.1. Conclusiones generales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
5.1.1. Conclusiones sobre las estructuras propuestas . . . . . . . . . . . . . . 147
5.1.2. Conclusiones sobre los resultados obtenidos . . . . . . . . . . . . . . . 148
5.2. L´ıneas futuras de investigaci´on . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
Referencias 151