[en] The lighting is going through revolution. The use of Light Emitting Diodes (LEDs) has greatly increased during the last few years, meanwhile incandescent and fluorescent lamps have become obsolete. The LEDs, apart from being extremely high energy efficient, are able to switch to different light intensities at very high speed. This fact, along with the looming crisis of Radio Frequency (RF) spectrum, has given rise to an attractive communication technology known as Visible Light Communication (VLC) that uses the huge license- free spectrum of approximately 400 THz, which is more than 1,000 larger than the RF spectrum. This technology offers a novel alternative to RF, enabling the development of wireless communications that make use of existing lighting infrastructure. This thesis studies multi-user multiple-input single-output (MU-MISO) visible light communications tech- niques for indoor broadcast systems. Particularly, we have proposed a railway wagon as scenario. Transmitters, configured as multiple LED arrays, and multiple users equipped with one single photodetector (PD) are consid- ered. We tackle two relevant challenges in such broadcast systems: how to deal with the multi-user interference (MUI) and how to design the whole system in order to meet the requirement of having a real-valued and positive Visible Light (VL) signal feeding the LED. Unlike RF counterpart, the VL signal is modulated on light intensity and, consequently, is always positive. This critical constraint imposed by intensity-modulated/direct-detection (IM/DD) systems limits the direct application of the extended theory developed for conventional wireless com- munications. Apart from the non-negativity constraint, we examine the design with individual per-LED optical power constraints. This work presents four coordinated multipoint transmission techniques for MISO transmissions in VLC. Linear precoding schemes such as zero-forcing (ZF) have attracted a lot of interest in RF. Firstly, we consider the design of the ZF precoder giving special attention to a specific generalized inverse known as pseudo-inverse. Alternatively, a Time Division Multiple Access (TDMA) system is also studied. As neither of the two mentioned precoders are optimal in terms of sum-rate, we proceed with the design of ZF precoders through an optimization problem that maximizes the weighted sum-rate considering both the positivity constraint and the maximum optical power constraint per-LED. We present two approaches for solving this problem. In the first approach, we find a closed-form solution to the problem that despite being suboptimal achieves a good trade-off between low- complexity and performance. In the second approach, we rewrite the problem as a standard convex problem and we find numerically the solution. Finally, we demonstrate the improved performance offered by our approaches.

[es] La iluminación está en revolución. El uso de los LEDs, acrónimo inglés de Light Emitting Diodes, ha aumentado considerablemente durante estos últimos años, mientras que las bombillas incandescentes y fluorescentes han quedado obsoletas. Los LEDs, a parte de ser extremadamente eficientes energéticamente, son capaces de cambiar la intensidad de la luz a alta velocidad. Este hecho, juntamente con la crisis inminente del espectro de radio frecuencia (RF), ha dado lugar a una atractiva tecnología conocida como Visible Light Communications (VLC) o, en castellano, comunicación con luz visible. Esta tecnología utiliza el extenso espectro de luz visible no licenciado de aproximadamente 400 THz, que es más de 1.000 veces más ancho que el espectro de radio frecuencia. VLC es una innovadora alternativa a la RF ya que permite desarrollar comunicaciones inalámbricas que reutilizan las infraestructuras de iluminación ya existentes. Esta tesis estudia técnicas multi-user multiple-input single-output (MU-MISO) para comunicaciones con luz visible en escenarios interiores como un vagón de tren. Se consideran transmisores, configurados como múltiples LEDs, y múltiples usuarios equipados con un único fotodetector. En este tipo de sistemas, nos enfrentamos a dos retos relevantes: cómo tratar la interferencia multi-usuario y cómo diseñar el sistema para cumplir el requisito de tener una señal real y positiva. Al contrario que en radio frecuencia, la señal de luz visible se modula en intensi- dad y, por tanto, es siempre positiva. Este requisito impuesto por sistemas intensity-modulated/direct-detection (IM/DD) es crítico y limita la aplicación directa de la teoría desarrollada para sistemas convencionales de comunicación inalámbricas. Además de esta restricción de no-negatividad, examinamos el diseño con restricciones individuales de potencia óptica por LED. Este trabajo presenta cuatro técnicas de transmisión multipunto coordinada para transmisiones MISO en VLC. Los esquemas de precodificación lineal, como por ejemplo el forzador de ceros (ZF), han sido muy populares en RF. Primero, consideramos el diseño del precodificador ZF mediante un tipo específico de inversa generalizada conocida como pseudoinversa. Como alternativa, se estudia un sistema Time Division Multiple Access (TDMA). Dado que ninguno de los dos precodificadores son óptimos a nivel de sum-rate, procedemos con el diseño de precodificadores ZF mediante un problema de optimización que pretende maximizar el sum-rate ponderado considerando tanto la restricción de positividad como la potencia óptica máxima por LED. Presentamos dos planteamientos para solucionar el problema. En el primero, encontramos una solución cerrada que, a pesar de ser subóptima, consigue un buen compromiso entre complejidad y rendimiento. En el segundo, reescribimos el problema inicial como un problema convexo estándar y encontramos la solución numéricamente. Finalmente, demostramos la mejora en el rendimiento proporcionada por nuestros precodificadores.