Convertidores conmutados de potencia para transmisores de comunicación por luz visible

Abstract

El uso de sistemas de comunicación inalámbrica es esencial para la sociedad actual y futura. Por ejemplo, el tráfico de datos móviles ha crecido exponencialmente durante la última década y se espera que este ritmo se mantenga hasta al menos el año 2021. Además, temas emergentes, como internet de las cosas (Internet of Things, IoT) o smart cities, muestran una tendencia a interconectar de forma inalámbrica a las personas y distintos elementos colocados en su entorno (ropa, coches, iluminación, etc.). Por otra parte, la velocidad demandada en cada enlace de comunicación está creciendo muy rápidamente debido al alto bit rate exigido por servicios de uso general, como el video bajo demanda, las videollamadas, servicios basados en la nube, etc. Como consecuencia, el espectro radioeléctrico (Radio Frequency, RF) está saturándose, lo que lleva a la necesidad de investigar nuevas tecnologías que posibiliten el tráfico de datos previsto para los próximos años. El problema es especialmente crítico en entornos cerrados (casas, oficias, etc.), donde la capacidad del canal de comunicación es compartida por varios usuarios, lo cual lleva a la reducción del bit rate para cada uno. Además, se estima que el 70% del tráfico inalámbrico tiene lugar en entornos cerrados. La comunicación por luz visible (Visible Light Communication, VLC) es una de las opciones más prometedoras para reducir la saturación de espectro RF. Este sistema de comunicación inalámbrica utiliza el amplio y libre espectro de luz visible (430-750 THz) para transmitir la información. El punto fuerte de esta idea aparece cuando se combina la comunicación con la función de iluminación mediante diodos emisores de luz de alto brillo (High-Brightness Light Emitting Diodes, HB-LEDs). De esta manera, la infraestructura de iluminación existente se puede modificar parcialmente para incorporar la capacidad de comunicación.

Nowadays, the use of wireless communication systems is essential for the present and future society. For instance, the mobile data traffic has grown exponentially during last decade and it is expected that it will keep growing at similar rates at least until 2021. Moreover, emerging topics, such as the Internet of Things (IoT) or the smart cities, show that the current trend is to interconnect wirelessly humans and different kinds of items placed in the environment (clothes, cars, city lighting, home appliances, etc.). In addition, the speed demanded by each communication link is growing very quickly due to the high bit rate required by mainstream services, such as video streaming, video calls, cloud-based computing, etc. As a result, the Radio Frequency (RF) spectrum is already close to congestion and, as a consequence, enabling the data traffic predicted for upcoming years needs for further research on new technologies. The problem becomes critical in indoor scenarios (home, office, etc.) where the channel capacity is shared between several users, leading to a reduction of the bit rate for each user. Furthermore, it is estimated that more than 70% of the wireless traffic takes place in indoor environments. Visible Light Communication (VLC) is one of the most promising solutions for alleviating the saturation of the RF spectrum. This wireless communication system uses the wide and unlicensed visible light spectrum (430-750 THz) to transmit information. The strength of this approach arises when the communication is combined with the lighting functionality of High-Brightness Light-Emitting Diode (HB-LED) bulbs. Thus, the exiting lighting infrastructure can be partially modified to incorporate the communication capability. Since its introduction in 2004, VLC has gained attention due to the increasing use of HB-LEDs in Solid State Lighting (SSL). Besides the longer lifetime and higher power efficiency than other lamp technologies, HB-LEDs are able to change the light intensity rapidly, which enables the communication functionality. As a consequence, VLC is being considered nowadays to supplement existing RF wireless communications systems of indoor environments. The HB-LED driver is one of the cornerstones of the VLC transmitter. It is responsible for two tasks: controlling the bias level of the HB-LEDs in order to guarantee the desired lighting level, and reproducing the communication signal component with high accuracy.