The use of wake-up communication systems is a potential energy-efficient and low-cost solution for data communication. In this thesis, we go one step further and use visible light both for wake-up communication and energy harvesting purposes, with the final objective of developing an energy-autonomous wake-up receiver module using Visible Light Communication (VLC). First, we present the details and the design criteria of this novel system. We then present the results of evaluation of component options such as solar panels and super-capacitors to include the proper choices at the receiver side. Finally, we present the results of the system performance from realistic indoor scenario tests, analyzing the effect of varying distances, angles, and light intensities, analyzing the effect of presence of interfering lights and analyzing the energy-harvesting characteristics of the receiver during realistic office working hours. Performance evaluation results demonstrated that the developed wake-up system with energy-autonomous receiver system can operate properly in most of the typical conditions of indoor scenarios. The energy-autonomous wake-up receiver derived can be included in realistic applications; mainly working attached to wireless communication systems that require energy efficiency like Wireless Sensor Networks (WSN).
El uso de sistemas de comunicaciones de wake-ups es una solución potencial energéticamente eficiente y de bajo costo para la comunicación de datos. En esta tesis vamos un paso más allá, utilizando la luz visible tanto para comunicaciones de wake-ups como para propósitos de recolección de energía, con el objetivo final de desarrollar un módulo receptor de wake-ups energéticamente autónomo usando Visible Light Communication (VLC). En primer lugar, se presentan los detalles y los criterios de diseño de este novedoso sistema. A continuación se presentan los resultados de la evaluación de opciones de componentes tales como paneles solares y supercondensadores para incluir los dispositivos adecuados en el receptor. Por último, se presentan los resultados de pruebas del rendimiento del sistema en escenarios interiores realistas, analizando primeramente el efecto a diferentes distancias, ángulos e intensidades de luz, luego analizando el efecto de la presencia de luces interferentes y finalmente analizando las características de recolección de energía del receptor durante horarios laborales realistas de oficinas. Los resultados de la evaluación del desempeño demostraron que el sistema de wake-ups desarrollado con un receptor energéticamente autónomo puede funcionar correctamente en la mayoría de las condiciones típicas de escenarios interiores. El receptor de wake-ups autónomo de energía derivado puede incluirse en aplicaciones realistas; principalmente operando adjunto a sistemas de comunicaciones inalámbricas que requieren eficiencia energética como redes de sensores inalámbricos (Wireless Sensor Networks-WSN).
Els sistemes de comunicacions de wake-up representen una solució energèticament eficient i de baix cost per a la comunicació de dades de forma inal·làmbrica. En aquesta tesi, s'utilitza la comunicació amb llum visible (VLC) tant per a comunicacions de wake-up com per a recol·lecció d'energia. La primera part del document conté una introducció teòrica. A continuació, es presenta una avaluació dels diferents components, com ara panells solar i supercondensadors, que conformen el hardware del node receptor desenvolupat al llarg del document. Finalment, es presenten els resultats d'extenses proves de rendiment del sistema en diferents escenaris realistes. Aquests resultats inclouen la sensitivitat del sistema a diferents distàncies, angles i intensitats de llum, l'efecte de llums interferents i quantificacions de la capacitat de recol·lecció d'energia del receptor en diferents casos d'ús. En l'avaluació es demostra com el sistema de wake-up desenvolupat pot funcionar fins i tot autònomament, sense necessitat de cap bateria, gràcies al seu baix consum i capacitat de recol·lecció d'energia en la majoria dels escenaris d'oficina pel qual ha estat desenvolupat. Actualment, la principal aplicació del sistema de wake-up per llum visible són les xarxes de sensors sense fils.
One of the most promising energy-efficient communication methods is the use of wake-up receivers. In this work, we will develop a novel wake-up communication system that uses Visual Light Communication (VLC) and an indoor solar panel as the receiver of the wake-up signal. After the reception of the wake-up signal, an interrupt generated by the wake-up receiver wakes up the wireless device attached.
