Visible light communications for drivers assistance systems

Abstract

Motivated by the topic of promoting traffic safety applications and information systems, this work aims to bring a study on VLC outdoor application scenarios. The developed topic is part of intelligent transportation systems (ITS) that aim at the delivery of traffic safety and information amongst other safety functions. VLC technology in traffic communication applications gains interest due to some advantages it presents. The use of LEDs in traffic signaling infrastructures and vehicle headlights started to be a growing standard. With the combination of illuminating proprieties and communication in the same device, VLC becomes a very attractive technology for the implementation of outdoor communication systems for traffic information and control. Outdoor VLC channels present variable ambient conditions, with the presence of different optical sources. One major problem in this communication channel is the presence of shot-noise, generated by optical background radiance from different light sources. This dissertation presents two different communication scenarios for traffic information systems, the first being directed at the infrastructure to car (I2C) link and the second one for car to car (C2C) communication. In order to simulate the communication link performance with variable ambient channel conditions, several models for optical propagation, emitter, receiver and noise sources were implemented in MATLAB. Models for different optical sources were also implemented, with field measurements on the illuminance incident on a photo detector and their impact on the noise generated. In the simulation’s performance of the VLC link, several baseband modulation schemes were considered, aiming at the assessment of link performance, based on the traditional digital modulation performance metrics.

Motivado em promover o tópico de segurança rodoviária e sistemas de informação, este trabalho providência um estudo dedicado a sistemas de comunicação por luz visível (VLC) para aplicação em cenários de exterior. O tópico desenvolvido faz parte de sistemas de transporte inteligentes (ITS) cujo propósito é a disseminação de sistemas de segurança no tráfego e transferência de informação, para aplicações de segurança. A tecnologia VLC aplicada a sistemas de comunicação de tráfego rodoviário suscita elevado interesse devido a vantagens que esta apresenta. O uso de LED’s em semáforos e faróis de carros começa a ser bastante comum. Com a combinação de diferentes valências, como iluminação e transferência de dados no mesmo dispositivo, a tecnologia VLC torna-se muito atrativa para a implementação em sistema de comunicação exterior dedicados a sistemas de informação e controlo de tráfego. O canal de comunicação VLC exterior apresenta condições variáveis, devido ao fato de existirem condições ambientais diferentes. Um grave problema neste tipo de canal de comunicação é a presença de ruido Shot, que é normalmente gerado devido á radiância causada por diferentes fontes de luz de fundo. Nesta dissertação estão presentes dois tipos de cenários para sistemas de informação de tráfego, em que o primeiro dedica-se á comunicação semáforo-carro (I2C) e o segundo cenário para a comunicação entre carros (C2C). Para simular o desempenho do canal de comunicação com diferentes condições ambientais, foram implementados em MATLAB modelos para a propagação ótica, descrição do emissor, recetor e fontes de ruido. Também foram incluídos modelos para diferentes fontes óticas de radiação, com medições de campo da iluminância incidente num foto recetor e modulado o impacto na geração de ruido. Nas simulações de desempenho da comunicação por luz visível, foram considerados diferentes esquemas de modulação da informação com o intuito de avaliar o desempenho da ligação, a qual foi feita recorrendo a métricas clássicas de desempenho de modulações digitais.