Solar energy is widely used for electricity generation, heating systems, and indoor environment daytime illumination. Indeed, large amounts of Sunlight energy remain insufficiently used. In this work, we aim at employing sunlight for data transmission as another option for wireless communications. Being emitted by an uncontrollable source, taming the Sunlight is a challenging task that requires appropriate technolo- gies to manipulate incident light. Throughout this thesis, we first review switchable glass technologies and investigate their potential use for light modulation. Liquid Crystal Devices (LCD) have adequate response time and contrast characteristics for such an application. In this regard, we design a novel Dual-cell Liquid Crystal Shutter (DLS) by stacking two Liquid Crystal cells that operate in opposite manners, and we build our Sunlight modulator with an array of DLSs. Then, we adopt Time Division Multiplexing and polarization-based modulation to boost the data rate and eliminate the flickering effect. In addition, we provide mathematical modeling of the system and study its performance in terms of communication and energy consumption. Finally, we introduce some numerical results to examine the impact of multiple parameters on the system’s performance and compare it with state-of-the-art, which showed that our system features higher data rates and extended link ranges.

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Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Die Datenerfassung für Wetterprognosen basiert bis heute auf konventionellen Radarsystemen, die mit einer verhältnismäßig hohen Leistung arbeiten und für große Reichweiten ausgelegt sind. Da jedoch Wetterphänomene primär in Bodennähe auftreten und deren ausschlaggebenden Charakteristika ebendort zu detektieren sind, bringt dieses einige Nachteile mit sich. Hierzu zählen z.B. Einschränkungen bezüglich der räumlichen Auflösung und der Aktualisierungsrate, die stark eingeschränkten Möglichkeiten der flächendeckenden Erfassung bodennaher Effekte, aber auch die nicht voll polarimetrischen Detektionsmöglichkeiten bestehender Systeme. Die vorliegende Arbeit stellt den Ansatz des 'Digital Beamforming Weather Radar' (DB-WR) vor, welcher die beschriebenen Nachteile maßgeblich reduziert bzw. vermeidet. Die Systemarchitektur basiert hierbei auf engmaschigen Netzwerken von Phased-Array Radargeräten mit signifikant geringeren Reichweiten und Sendeleistungen. Grundlage hierfür bilden polarimetrische Sende-Empfangsmodule ('Software-Defined Radars'), welche die Realisierung der neuartigen 'Arbiträren Polarimetrischen Multiparameter Intrapulsmodulation' (APMIM), einem Verfahren welches beliebige Modulationen innerhalb des Sendepulses zulässt, ermöglichen. Der Fokus richtet sich diesbezüglich auf die Umsetzung eines breitbandigen Stand-Alone Experimentalsystems für diese neuartige Wetterradartechnologie, mit dem das Systemkonzept des DBWR getestet und die Möglichkeiten der APMIM in Kombination mit einer multiplen Empfangssignalauswertung evaluiert werden können. Darüber hinaus werden die Möglichkeiten dieses Experimentalsystems veranschaulicht und die Funktionalitäten in entsprechenden Messungen verifiziert. / Data acquisition for weather forecasts is still based on conventional radar systems, which operate at a relatively high power and are designed for long ranges. However, since weather phenomena primarily occur near the ground and their decisive characteristics have to be detected there, this brings with it a number of disadvantages. These include, for example, limitations with respect to spatial resolution and update rate, the severely restricted possibilities of area-wide detection of near-ground effects, but also the not fully polarimetric detection capabilities of existing systems. This dissertation presents the Digital Beamforming Weather Radar (DBWR) approach, which significantly reduces or avoids the described drawbacks. The system architecture is based on close-meshed networks of phased-array radars with significantly lower ranges and transmission powers. The basis for this is formed by polarimetric transmit-receive modules ('Software-Defined Radars'), which enable the realization of the novel 'Arbitrary Polarimetric Multiparameter Intrapulse Modulation' (APMIM), a method which allows arbitrary modulations within the transmit pulse. In this respect, the focus is on the implementation of a broadband stand-alone experimental system for this novel weather radar technology, with which the system concept of the DBWR can be tested and the possibilities of the APMIM in combination with a multiple received signal evaluation can be evaluated. Furthermore, the capabilities of this experimental system are illustrated and the functionalities are verified in corresponding measurements.