DLL architecture for OFDM based VLC transceivers in FPGA

Abstract

With the advent of the Information Age, communication systems have become the backbone of our society. The modern society strives to nd instant access to speci c sources of information to make time-constrained decisions. Therefore, the twenty- rst century is marked by a growing demand for bandwidth in wireless communications, as it allows users to communicate and access daily applications even from remote areas. Up to the present time, numerous breakthroughs in wireless communications were accomplished but mainly using the radio portion of the electromagnetic spectrum, which made RF to take the central role in today's communication systems. However, RF technology is a victim of its own success. Due to the tremendous increase in the number of mobile devices, RF technology cannot cope much longer with this market demand and will eventually reach a saturation point. VLC is a recently appealing technique in the eld of wireless communications that intends to complement RF technologies and is sought by many researchers as a viable alternative. VLC based on Light Emitting Diode (LED) takes advantage of these solid-state devices superior modulation capability to transmit data while assuring their lighting functionality. This work addresses the problem of achieving high bandwidth in a DLL design for OFDM based VLC broadcast systems and is inserted in a funded project called VLCLighting. The main objective of this dissertation work is to implement an e cient DLL in a Microblaze soft processor in a FPGA and to study its usage in a broadcast VLC system for lighting systems. Since two value added services were identi ed in the VLCLighting project, the proposed DLL aims at furnishing the adequate means to fragment and route those services requests while maintaining a continuous transmission ow that assures lighting and transceiver functionality. This work proposes a DLL design that was inspired in DVB and project OMEGA systems, able to describe the required amendments to full ll VLCLighting goals.

Com a chegada da era da Informação, os sistemas de comunicação tornaram-se na espinha dorsal da nossa sociedade. A Sociedade Moderna esforça-se por ter acesso instantâneo a fontes de informação específicas para tomar decisões limitadas pelo tempo. Portanto, o século XXI está marcado pela crescente exigência da largura de banda nas comunicações sem fios, pois tal permite aos utilizadores comunicarem e acederem as aplicações a partir de áreas longínquas. Até ao momento, foram alcançados diversos avanços/descobertas na largura de banda das comunicações sem fos, mas tal tem sido conseguido usando o intervalo de radiofrequências (RF) do espectro eletromagnético e que fez com que o RF ficasse com o papel principal nos sistemas de comunicação de hoje. Contudo, a Tecnologia RF e vitima do seu próprio sucesso. Devido ao tremendo aumento do número de aparelhos de comunicação móveis, a tecnologia RF não pode lidar muito mais tempo com a exigência dos mercados e atingirá o seu ponto de saturação. VLC (Comunicação através de luz visivel) é uma tecnica recente muito apelativa no campo das comunicações sem-fios e que pretende ser um complemento à tecnologia RF, sendo considerada por muitos investigadores como uma alternativa viável. Esta dissertação discute o problema de se alcançar uma grande taxa de transmissão com a implementação de uma Data Link Layer (DLL) direccionada para sistemas VLC com modulação OFDM e está inserida num projecto financiado intitulado VLCLighting. O objectivo principal desta dissertação consiste na implementação de um DLL eficiente num processador Microblaze numa Field-Programmable Gate Array (FPGA) e no estudo da sua utilização em sistemas VLC para uso combinado em sistemas de iluminação. Uma vez que foram identificados dois serviços com valor acrescentado para serem incluídos no projecto VLCLighting, a proposta DLL pretende fornecer os meios necessários á fragmentação e encaminhamento das exigências dos serviços, enquanto se mantêm um fluxo contínuo de transmissão capaz de assegurar as funcionalidades de iluminação e comunicação. A presente dissertação propõe um desenho inspirado nos sistemas DVB e do projeto OMEGA, e descrevendo as alterações exigidas para satisfazer os objectivos do projecto VLCLighting.