Development and validation of a model for the characterization of near field power flux of optical sources

Abstract

Uno de los aspectos fundamentales que se deben cubrir en el proceso de diseño de un sistema de comunicaciones es la caracterización del canal por el que se va a transmitir. En este trabajo se ha abordado el problema de la caracterización de canales ópticos de comunicaciones inalámbricas. Con el fin de obtener un modelo matemáico del comportamiento del canal óptico, se pueden utilizar ecuaciones radiométricas. Si se tienen en cuenta algunas consideraciones sobre la simetría de las fuentes, las ecuaciones radiométricas se pueden simplificar, obteniendo un conjunto de ecuaciones cerradas que se pueden implementar en un entorno de cálculo numérico para simular el comportamiento del canal. En este proyecto se obtienen estas ecuaciones cerradas para las situaciones de simetría de traslación plana, simetría cilíndrica y simetría esférica. Una vez obtenidos los modelos teóricos, para poder validarlos, fue necesario implementar un sistema de medida que permitiera tomar muestras de la señal recibida en diferentes posiciones del espacio. Para implementar este sistema, se utilizó la estructura y el sistema mecánico de una impresora 3D antigua y el sistema de adquisición de datos de un osciloscopio. Una vez implementado el sistema, se llevaron a cabo dos experimentos. Los resultados obtenidos validan el modelo matemático propuesto bajo las condiciones experimentales.

Channel characterization is one of the critical steps in the design process of a communication system. In this work, the problem of channel characterization in Optical Wireless Communications is addressed. The optical channel can be modelled with the use of radiometric equations. These radiometric equations can be simplified under certain symmetry conditions to obtain a set of closed equations that can be implemented using a numerical analysis environment to simulate the behavior of the channel. Such a set of equations for the flat, cylindrical and spherical source scenarios is the main theoretical contribution of this project. On the other hand, in order to validate the obtained mathematical models, it was needed a measurement system that could sample the received signal in different spatial positions. This system was implemented using the mechanical system and the structure of a 3D printer and an oscilloscope as the data acquisition interface. After the system was implemented, two experiments were carried out in order to validate the behavior of the obtained mathematical models. The results obtained validate the mathematical model under the conditions of the experiments.