Modelamiento de un sistema de posicionamiento por luz visible

Abstract

La investigación en comunicación visible basada en LED se ha convertido en un campo de estudio de gran relevancia, especialmente en lo que respecta a los sistemas de posicionamiento por luz visible (VLP). El presente estudio se enfoca en realizar un análisis exhaustivo y detallado con el objetivo de desarrollar un modelamiento del sistema de posicionamiento para la comunicación por luz visible. Se exploran diversas estrategias, como la asignación eficiente de recursos y la compensación de corriente continua, con el propósito de mejorar tanto la precisión en la estimación de posición como la velocidad de transmisión de datos en entornos de comunicación visible. Para el desarrollo del sistema de posicionamiento, se aborda la investigación en sistemas de comunicación visible basados en LED, destacando el potencial que posee para superar la escasez de espectro en comparación con los sistemas de radiofrecuencia. Se explora cómo los sistemas de comunicación por luz visible (VLC) pueden ofrecer iluminación, transmisión de datos de alta velocidad y capacidades de localización en entornos interiores. Se discute la importancia de los sistemas VLP para estimar la posición con precisión en interiores, con aplicaciones en navegación de robots y servicios basados en la ubicación. Además, se investigan estrategias de asignación de recursos, como la optimización de la potencia de transmisión de LED, para mejorar el rendimiento del sistema. Finalmente, los resultados arrojan un análisis de un sistema de posicionamiento en interiores utilizando transmisores LED y receptores VLC, comparando los enfoques de posicionamiento directo y de dos pasos, destacando que el primero es más efectivo en baja SNR. Además, se discute la complejidad computacional y la optimalidad del enfoque directo, así como la estrategia de posicionamiento en dos etapas. Se presenta un análisis sobre la precisión de la estimación de distancia basada en el tiempo de llegada (TOA) y la fuerza de señal recibida (RSS) en función de la frecuencia y la duración de la señal, abordando el impacto del muestreo en los estimadores basados en TOA y RSS, y se discute la convergencia de los enfoques síncrono y asíncrono en ciertos escenarios.Research in LED-based visible communication has become a highly relevant field of study, especially regarding Visible Light Positioning (VLP) systems. This study focuses on conducting a comprehensive and detailed analysis aimed at developing a modeling of the positioning system for visible light communication. Various strategies are explored, such as efficient resource allocation and direct current compensation, to improve both position estimation accuracy and data transmission speed in visible communication environments. For the development of the positioning system, research into LED-based visible communication systems is addressed, highlighting their potential to overcome spectrum scarcity compared to radiofrequency systems. It explores how Visible Light Communication (VLC) systems can provide lighting, high-speed data transmission, and localization capabilities in indoor environments. The importance of VLP systems in accurately estimating position indoors, with applications in robot navigation and location-based services, is discussed. Furthermore, resource allocation strategies, such as LED transmission power optimization, are investigated to enhance system performance. Finally, the results yield an analysis of an indoor positioning system using LED transmitters and VLC receivers, comparing direct positioning and two-step approaches, highlighting the former's effectiveness in low SNR. Additionally, the computational complexity and optimality of the direct approach are discussed, as well as the two-step positioning strategy. An analysis is presented on the accuracy of distance estimation based on Time of Arrival (TOA) and Received Signal Strength (RSS) as a function of signal frequency and duration, addressing the impact of sampling on TOA and RSS-based estimators, and discussing the convergence of synchronous and asynchronous approaches in certain scenarios.