Enhanced unipolar OFDM based relay-assisted visible light communications

Abstract

Due to spectrum scarcity of the conventional radio frequency (RF) and the higher demand for wireless services, visible light communication (VLC) has emerged as a complementary solution to RF technology for ubiquitous wireless connectivity. In the first part of this thesis, we consider a relay-assisted VLC system in an indoor environment where an intermediate light source cooperates with the main light source through an orthogonal amplify-and-forward (OAF) relaying protocol in order to transmit high-speed data to the destination terminal. The optical channel considered in this scenario is based on the IEEE802.15.7r VLC reference channel model for an office space. The information source (ceiling light) is connected to the backbone network, desk light acts as a relaying terminal and the receiving terminal is a photodetector attached to a computer. All the three network terminals are equipped with signal processing units. The proposed relay-assisted VLC system employs the enhanced unipolar optical orthogonal frequency division multiplexing (eU-OFDM) modulation approach. Our performance results show that the relay-assisted system achieves a significant gain over the direct transmission. In the second part of this thesis, a serial multi-hop VLC network is considered. We evaluate the BER performance analysis of multi-hop VLC links through Monte Carlo simulation and validate the simulation results with their respective theoretical counterparts.

Radyo frekansı (RF) spektrumu kablosuz servislere artan ihtiyacı karşılayamaz duruma gelmiş olup tamamlayıcı bir çözüm olarak görünür ışık haberleşmesi (Visible Light Communication – VLC), ortaya çıkmıştır. Tezin ilk kısmında, bir içmekanda çalışan röle-destekli VLC sistemi ele alınmıştır. Sözkonusu sistemde ortogonal yükselt-ve-gönder (amplify-and-forward – OAF) röleleme protokolu kullanılmakta ve bir ara ışık kaynağı ana ışık kaynağına yüksek hızda veri iletimi için yardımcı olmaktadır. Optik kanal modeli olarak ofis senaryoları için önerilmiş IEEE802.15.7r VLC referans kanal modeli kullanılmıştır. Bilgi kaynağı (tavan ışığı) omurga ağına bağlı olup, masa lambası ise röle terminali olarak görev almaktadır ve alıcı terminal bir bilgisayara yerleştirilmiş olan bir fotodetektördür. Üç ağ terminaline de birer sinyal işleme birimi konulmuştur. Önerilen röle-destekli VLC sistemi, gelişmiş tek kutuplu optik ortogonal frekans bölmeli çoğullama (enhanced unipolar optical orthogonal frequency division multiplexing – eU-OFDM) tekniği kullanmaktadır. Başarım sonuçlarımız önerilen röle destekli sistemin, doğrudan iletime göre ciddi ölçüde kazançlar sağladığını göstermektedir. Tezin ikinci kısımında, çok-atlamalı bir VLC ağı gözönüne alınmıştır. Çok atlamalı VLC ağı için bit hata oranı başarımı analizi yapılmış ve Monte Carlo simülasyon sonuçları ile doğrulanmıştır.