Améliorations des Transmissions VLC (Visible Light Communication) Sous Contrainte D'Éclairage : Études Théoriques et Expérimentations

Improvements of VLC (Visible Light Communication) Transmissions Under Illumination Constraints : Theoretical Studies and Experiments

• Auteur / Autrice : Robin Le Priol
• Direction : Maryline Hélard, Sébastien Roy
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Télécommunications
• Date : Soutenance le 14/06/2022
• Etablissement(s) : Rennes, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques et sciences et technologies de l'information et de la communication (Rennes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut d'Électronique et de Télécommunications (Rennes) - Université de Sherbrooke. Département de génie électrique et de génie informatique
• Jury : Président / Présidente : Didier Le Ruyet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Maryline Hélard, Sébastien Roy, Didier Le Ruyet, Christelle Aupetit-Berthelemot, Mohammad-Ali Khalighi, Steve Hranilovic, Eric Plourde, Sylvain Haese
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Christelle Aupetit-Berthelemot, Mohammad-Ali Khalighi

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modulation d'amplitude

Diodes électroluminescentes

Éclairage intérieur

Télécommunications optiques en espace libre

Systèmes à entrées multiples et à sorties multiples

Mots clés libres

Communication par lumière visible

Éclairage intérieur

Non-linéarité des LED

MIMO

Diode électroluminescente

Modulation d'amplitude et de phase sans porteuse

Décomposition de matrice polynomiale

Récepteur d'imagerie

Visible light communication

Indoor illumination

LED nonlinearity

MIMO

Light-emmiting diode

Carrierless amplitude and phase modulation

Polynomial matrix decomposition

Imaging receiver

Résumé

Les réseaux de communication en lumière visible (VLC) s’appuyant sur l’utilisation de diodes électroluminescentes (LED) bénéficient actuellement d’un intérêt grandissant, en partie grâce à leur robustesse face aux interférences électromagnétiques, leur large bande disponible non-régulée, leur faible coût, leur bonne efficacité énergétique, ainsi que leur compatibilité avec les infrastructures d’éclairage déjà existantes. Dans cette thèse, nous étudions des techniques de modulation à haute efficacité spectrale pour la couche physique des VLC pour augmenter les débits tout en considérant la qualité de l’éclairage ainsi que les coûts d’implémentation. Des études numériques et expérimentales sont réalisées sur la modulation d’impulsion d’amplitude (PAM) et sur la modulation d’amplitude et de phase sans porteuse (CAP) sous des contraintes d’éclairage et pour des grands ordres de modulation. De plus, l’impact des non-linéarités de la LED est étudié et une technique de post-distorsion est évaluée pour corriger ces effets non-linéaires. Dans ce cadre, des débits de plusieurs centaines de Mb/s sont atteints en utilisant un banc de test réalisé à partir de composants à bas coûts. Par ailleurs, un système multi-entrées multi-sorties (MIMO) imageant est également développé et l’impact du désalignement de l’imageur sur les performances est étudié. Finalement, une technique de décomposition polynomiale basée sur la méthode de factorisation classique LU est étudiée et appliquée aux systèmes MIMO VLC dans des grands espaces intérieurs.

Indoor visible light communication (VLC) networks based on light-emitting diodes (LEDs) currently enjoy growing interest thanks in part to their robustness against interference, wide license-free available bandwidth, low cost, good energy efficiency and compatibility with existing lighting infrastructure. In this thesis, we investigate spectral-efficient modulation techniques for the physical layer of VLC to increase throughput while considering the quality of illumination as well as implementation costs. Numerical and experimental studies are performed employing pulse amplitude modulation (PAM) and carrierless amplitude and phase (CAP) modulation under illumination constraints and for high modulation orders. Furthermore, the impact of LED nonlinearity is investigated and a postdistortion technique is evaluated to compensate these nonlinear effects. Within this framework, transmission rates in the order of a few hundred Mb/s are achieved using a test bench made of low-cost components. In addition, an imaging multipleinput multiple-output (MIMO) system is developed and the impact on performance of imaging lens misalignment is theoretically and numerically assessed. Finally, a polynomial matrix decomposition technique based on the classical LU factorization method is studied and applied for the first time to MIMO VLC systems in large space indoor environments.