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dc.creatorFarfán Guillén, David Esteban-
dc.date.accessioned2025-07-09T17:14:33Z-
dc.date.available2025-07-09T17:14:33Z-
dc.date.issued2025-06-05-
dc.identifier.citationGUILLEN, David Esteban Farfan. VLC system analysis in indoor environments: an integrated illumination and communication approach. 2025. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica e Informática Industrial) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2025.pt_BR
dc.identifier.urihttp://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/37400-
dc.description.abstractThis thesis analyzes Visible Light Communication (VLC) systems for indoor environments, focusing on the integrated evaluation of illumination and communication performance. With increasing Radio Frequency (RF) spectrum demand, VLC systems utilize the unregulated visible spectrum (380-750 nm) for dual-functionality applications that provide both lighting and data transmission capabilities. The research establishes an integrated evaluation framework combining SolidWorks APEX optical ray tracing with MATLAB channel modeling, achieving 94% correlation between simulation platforms. This methodology enables systematic analysis of illumination uniformity and communication reliability across progressive system configurations, from Single-Input Single-Output (SISO) baseline implementations to MultipleInput Multiple-Output (MIMO) architectures incorporating angular diversity and cooperative techniques. Analysis reveals that illumination uniformity directly influences communication performance by minimizing signal strength variations and enhancing link stability. Luminaire distribution strategies significantly affect both illumination patterns and communication coverage. The circular-square arrangement achieves illumination uniformity of 0.75 and channel quality factor (𝐹a) of 4.74, demonstrating improved performance compared to conventional square and circular patterns. Experimental validation shows that MIMO implementations (2×2, 3×2, 4×2) achieve Bit Error Rate (BER) values of approximately 10−4 at 2-meter distances while maintaining illumination levels above 300 lux. Cooperative relay configurations provide 10% improvement in optical power reception. Angular diversity implementations at 30° enhance coverage uniformity with acceptable communication performance. Optical collectors with novel coupling structures achieve 5.3× experimental optical gain (8.8× simulated), improving receiver sensitivity and communication reliability. The analysis establishes quantitative relationships between illumination, uniformity, luminaire positioning, and communication performance, providing design guidelines for VLC systems that meet both lighting standards and data transmission requirements in indoor environments.pt_BR
dc.description.sponsorshipCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)pt_BR
dc.languageengpt_BR
dc.publisherUniversidade Tecnológica Federal do Paranápt_BR
dc.rightsopenAccesspt_BR
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by/4.0/pt_BR
dc.subjectComunicações ópticaspt_BR
dc.subjectMultiplexaçãopt_BR
dc.subjectRadiofreqüênciapt_BR
dc.subjectSistemas de transmissão de dadospt_BR
dc.subjectIluminaçãopt_BR
dc.subjectSistemas de comunicação sem fiopt_BR
dc.subjectIluminação de interiorespt_BR
dc.subjectSimulação (Computadores)pt_BR
dc.subjectOptical communicationspt_BR
dc.subjectMultiplexingpt_BR
dc.subjectRadio frequencypt_BR
dc.subjectData transmission systemspt_BR
dc.subjectLightingpt_BR
dc.subjectWireless communication systemspt_BR
dc.subjectInterior lightingpt_BR
dc.subjectComputer simulationpt_BR
dc.titleVLC system analysis in indoor environments: an integrated illumination and communication approachpt_BR
dc.title.alternativeAnálise de sistemas VLC para ambientes internos: uma abordagem integrada para iluminação e comunicaçãopt_BR
dc.typedoctoralThesispt_BR
dc.description.resumoEsta tese analisa sistemas de Comunicação por Luz Visível (VLC, Visible Light Communication) para ambientes internos, focando na avaliação integrada do desempenho de iluminação e comunicação. Com a crescente demanda do espectro de Radiofrequência (RF, Radio Frequency), os sistemas VLC utilizam o espectro visível não regulamentado (380-750 nm) para aplicações de dupla funcionalidade que fornecem tanto capacidades de iluminação quanto de transmissão de dados. A pesquisa estabelece uma estrutura de avaliação integrada combinando óptica de raios em SolidWorks APEX com modelagem de canal em MATLAB, alcançando 94% de correlação entre as plataformas de simulação. Esta metodologia permite análise sistemática da uniformidade de iluminação e confiabilidade de comunicação através de configurações progressivas de sistema, desde implementações básicas de Entrada Única-Saída Única (SISO, Single-Input Single-Output) até arquiteturas de Múltiplas Entradas-Múltiplas Saídas (MIMO, Multiple-Input Multiple-Output) incorporando técnicas de diversidade angular e cooperativa. A análise revela que a uniformidade de iluminação influencia diretamente o desempenho da comunicação ao minimizar variações na intensidade do sinal e aprimorar a estabilidade do enlace. Estratégias de distribuição de luminárias afetam significativamente tanto os padrões de iluminação quanto a cobertura de comunicação. O arranjo circular-quadrado alcança uniformidade de iluminação de 0,75 e fator de qualidade do canal (𝐹a) de 4,74, demonstrando desempenho aprimorado comparado aos padrões quadrados e circulares convencionais. A validação experimental mostra que implementações MIMO (2×2, 3×2, 4×2) alcançam valores de Taxa de Erro de Bit (BER, Bit Error Rate) de aproximadamente 10−4 a distâncias de 2 metros, mantendo níveis de iluminação acima de 300 lux. Configurações de relé cooperativo proporcionam 10% de melhoria na recepção de potência óptica. Implementações de diversidade angular a 30° aprimoram a uniformidade de cobertura com desempenho de comunicação aceitável. Coletores ópticos com estruturas de acoplamento inovadoras alcançam 5,3× de ganho óptico experimental (8,8× simulado), melhorando a sensibilidade do receptor e a confiabilidade da comunicação. A análise estabelece relações quantitativas entre iluminação, uniformidade, posicionamento de luminárias e desempenho de comunicação, fornecendo diretrizes para sistemas VLC que atendem tanto aos padrões de iluminação quanto aos requisitos de transmissão de dados em ambientes internos.pt_BR
dc.degree.localCuritibapt_BR
dc.publisher.localCuritibapt_BR
dc.creator.IDhttps://orcid.org/0000-0001-7972-2206pt_BR
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/1743769759935326pt_BR
dc.contributor.advisor1Pohl, Alexandre de Almeida Prado-
dc.contributor.advisor1IDhttps://orcid.org/0000-0003-1300-4679pt_BR
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/9118815178885363pt_BR
dc.contributor.referee1Pohl, Alexandre de Almeida Prado-
dc.contributor.referee1IDhttps://orcid.org/0000-0003-1300-4679pt_BR
dc.contributor.referee1Latteshttp://lattes.cnpq.br/9118815178885363pt_BR
dc.contributor.referee2Chang, Bruno Sens-
dc.contributor.referee2IDhttps://orcid.org/0000-0003-0232-7640pt_BR
dc.contributor.referee2Latteshttp://lattes.cnpq.br/8237248707461788pt_BR
dc.contributor.referee3Oliveira, Marcelo de-
dc.contributor.referee3IDhttps://orcid.org/0000-0003-1932-1536pt_BR
dc.contributor.referee3Latteshttp://lattes.cnpq.br/1047624391348633pt_BR
dc.contributor.referee4Silva, Jair Adriano Lima-
dc.contributor.referee4IDhttps://orcid.org/0000-0003-2567-184Xpt_BR
dc.contributor.referee4Latteshttp://lattes.cnpq.br/3099010533644898pt_BR
dc.contributor.referee5Guiomar, Fernando Pedro Pereira-
dc.contributor.referee5IDhttps://orcid.org/0000-0001-6404-8431pt_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática Industrialpt_BR
dc.publisher.initialsUTFPRpt_BR
dc.subject.cnpqCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICApt_BR
dc.subject.capesEngenharia Elétricapt_BR
Aparece nas coleções:CT - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática Industrial

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