Relay-assisted OFDM-based visible light communications

Abstract

In this study, a relay-assisted visible light communication (VLC) system where an intermediate light source cooperates with the main light source is investigated. Specifically, two light sources in an office space; one is the information source employed on the ceiling and the other one is a task light, are considered. The system uses DC biased optical orthogonal frequency division multiplexing (DCO-OFDM) where the task light performs relaying to assist the communication and operates in half-duplex (HD) mode for both amplify-and-forward (AF) and decode-and-forward (DF) relaying. The bit error rate (BER) performance of the relay-assisted VLC system is investigated and the performance is further optimized through optimal AC/DC power allocation under illumination constraints. The DC power allocation is determined by sharing the number of light emitting diode (LED) chips between the terminals to satisfy a desired luminance ratio. The AC power allocation decides the fraction of the information signal power to be consumed at the terminals in order to minimize the BER. Numerical results reveal that cooperation brings significant performance gains over direct transmission.

Bu çalışmada, röle destekli görünür ışık haberleşmesi (visible light communication, VLC) araştırıldı. Biri, ana kaynak olarak tanımlanan, aydınlatma ve bilgi iletimi amacıyla tavana yerleştirilen, diğeri ise röle olarak adlandırılan ve çalışma masası üzerinde yakından aydınlatma amacıyla bulunan, toplam iki tane ışık-yayan-diyot (light emitting diode, LED) içeren bir oda düşünüldü. Çalışma masası üzerindeki ışık kaynağı, tavandaki kaynaktan gelen bilgi sinyalini, yükselt-ve-ilet (amplify-and-forward, AF) ya da çöz-ve-ilet (decode-and-forward, DF) yöntemleriyle, işleyerek bilgi iletimin güçlenmesine yardımcı olur. Bu işlem, çift yönlü (half-duplex, HD) iletim modunda, doğru akım eklenen optik dikey frekans bölmeli çoklama (direct current biased optical orthogonal frequency division multiplexing, DCO-OFDM) tekniğini kullanarak çalışır. Bu tekniğin içerdiği DC güç, ışık seviyesini; AC güç ise bilgi sinyalinin gücünü belirler. Önerilen sistem modeli üzerinde, aydınlatma koşullarını dikkate alarak, bit-hata-oranı (bit-error-rate, BER) analizi ve ana kaynak/röle arasında AC/DC güç paylaşımı üzerinden iyileştirmesi yapıldı. Bu iyileştirme sırasında, öncelikle toplam DC gücü, aydınlatmayı istenen seviyeye getirmek için dağıtıp; AC güç ana kaynak ve röle arasında, sistemin performansını iyileştirmek için paylaştırıldı. Direk (röle destekli olmayan) haberleşme performansının kıstas olarak alındığı sonuçlarda, önemli performans kazançları gözlendi.