طراحی بهینه شبکه بی سیم مخابرات نور مرئی با هدف کمینه سازی احتمال قطع در محل گیرنده متحرک

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، دانشکده مهندسی برق، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران

2 استاد، دانشکده مهندسی برق، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران

چکیده

موضوع مورد توجه در این مقاله، تعیین موقعیت بهینه مکانی برای نصب دیود ساطع کننده نور (LED) به منظور پیاده سازی شبکه بی سیم مخابرات نور مرئی (VLC) در یک محیط بسته است. به طور دقیق تر، منظور از تعیین موقعیت بهینه، نصب فرستنده نوری در مکانی از سقف یک محیط بسته در فضای درونی یک ساختمان است که احتمال قطع در محل گیرنده متحرک به حداقل برسد. در اینجا، ما سناریوی یک لینک مخابراتی بی سیم مبتنی بر LiFi را در نظر می گیریم که در آن چندین LED در سقف یک اتاق قرار داده شده اند و با گیرنده متحرک موجود در محیط ارتباط پرسرعت مخابراتی برقرار می کنند. ابتدا، عبارت بسته ای را برای احتمال قطع در محل کاربر به دست می آوریم. سپس تأثیر پارامترهایی مانند توان و ارتفاع LEDها را بر روی احتمال قطع در محل مورد نظر مطالعه و بررسی می کنیم. در نهایت، با به حداقل رساندن احتمال قطع در گیرنده، مکان بهینه LEDها را طراحی می کنیم. نتایج شبیه سازی های عددی نشان می دهد که بهینه سازی مکان فرستنده به طور قابل ملاحظه ای احتمال قطع را در مقایسه با انتخاب های غیربهینه مکان LEDها کاهش می دهد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Optimal Design of Wireless Visible Light Communication Network with the Aim of Minimizing the Outage Probability at the Location of the Mobile Receiver

نویسندگان [English]

  • Mahmoud Mohammadi 1
  • Seyed Mohammad Sajad Sadough 2
1 PhD student, Faculty of Electrical Engineering, Shahid Beheshti University, Tehran, Iran
2 Professor, Faculty of Electrical Engineering, Shahid Beheshti University, Tehran, Iran
چکیده [English]

The subject of this paper is to determine the optimal placement for deploying light emitting diodes (LEDs) in order to implement the visible light communication (VLC) network in an indoor environment. More precisely, determining the optimal placement consists of installing the optical transmitter in a place of the ceiling for an indoor environment in a building to minimize the outage probability in the location of the moving receiver. Here, we consider the scenario of a LiFi-based wireless communication link in which several LEDs are placed on the ceiling of a room and communicate with a mobile receiver in a high data rate communication network. First, we derive the closed-form expression for the outage probability at the user's location. Then, we study the effect of parameters such as power and height of the ceiling on the outage probability in the desired location. Finally, we design the optimal placement of the LEDs by minimizing the outage probability at the receiver. Numerical results show that the optimization of the transmitter location reduces significantly the outage probability compared to the non-optimal choices of LEDs placement.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Visible Light Communication
  • LiFi
  • Outage Probability
  • Mobile User
  • Optimal LED Placement

Smiley face

مراجع

[1]    H. Haas, L. Yin, Y. Wang, & C. Chen, “What is LiFi?,” Journal of Lightwave Technology, vol. 34, no. 6, pp. 1533-1544, 2015. 
[2]    F. R. Gfeller & U. Bapst, “Wireless In-house Data Communication via Diffuse Infrared Radiation,” Proceedings of the IEEE, vol. 67, no. 11, pp. 1474-1486, 1979.
[3]    Z. Ghassemlooy, W. Popoola, & S. Rajbhandari, “Optical Wireless Communications: System and Channel Modelling with MATLAB®,” Taylor & Francis, 2012. [Online]. Available: https://books.google.com/ books?id=jpXGCN1qVQ4C
[4]    Z. Wang, W.-D. Zhong, C. Yu, & J. Chen, “A Novel LED Arrangement to Reduce SNR Fluctuation for Multi-user in Visible Light Communication Systems,” in 2011 8th International Conference on Information, Communications & Signal Processing. IEEE, pp. 1-4, 2011.
[5]    Z. Wang, C. Yu, W.-D. Zhong, J. Chen, & W. Chen, “Performance of A Novel LED Lamp Arrangement to Reduce SNR Fluctuation for Multi-user Visible Light Communication Systems,” Optics Express, vol. 20, no. 4, pp. 4564-4573, 2012. 
[6]    I. Stefan & H. Haas, “Analysis of Optimal Placement of LED Arrays for Visible Light Communication,” in 2013 IEEE 77th Vehicular Technology Conference (VTC Spring). IEEE, pp. 1-5, 2013.
[7]    R. Sharma, A. C. Kumari, M. Aggarwal, & S. Ahuja, “Optimal LED Deployment for Mobile Indoor Visible Light Communication System: Performance Analysis,” AEU-International Journal of Electronics and Communications, vol. 83, pp. 427-432, 2018.
[8]    M. A. Dastgheib, H. Beyranvand, & J. A. Salehi, “Optimal Visible Light Communication Access Point Placement under Stationary Distribution of Users Mobility,” in 2018 9th International Symposium on Telecommunications (IST). IEEE, pp. 96-101, 2018.
[9]    M. A. Dastgheib, H. Beyranvand, & J. A. Salehi, “Optimal Placement of Access Points in Cellular Visible Light Communication Networks: An Adaptive Gradient Projection Method,” IEEE Transactions on Wireless Communications, vol. 19, no. 10, pp. 6813-6825, 2020.
[10]  A. M. Vegni & M. Biagi, “Optimal LED Placement in Indoor VLC Networks,” Optics Express, vol. 27, no. 6, pp. 8504-8519, 2019.
[11]  I. Abdalla, M. B. Rahaim, & T. D. Little, “Investigation of Outage Probability and AP Placement for Mobile Users in Indoor VLC System Design,” in 2019 IEEE Wireless Communications and Networking Conference (WCNC). IEEE, pp. 1-6, 2019.
[12]  A. Singh, G. Ghatak, A. Srivastava, V. A. Bohara, & A. K. Jagadeesan, “Performance Analysis of Indoor Communication System Using Off-the-shelf LEDs with Human Blockages,” IEEE Open Journal of the Communications Society, vol. 2, pp. 187-198, 2021.
[13]  A. Singh, A. Srivastava, V. A. Bohara, & A. K. Jagadeesan, “Performance of Indoor VLC System under Random Placement of LEDs with Nonimaging and Imaging Receiver,” IEEE Systems Journal, vol. 16, no. 1, pp. 868-879, March 2022.
[14]  J. Li, X. Bao, & W. Zhang, “Led Adaptive Deployment Optimization in Indoor VLC Networks,” China Communications, vol. 18, no. 6, pp. 201-213, IET Research Journals, pp. 1-5, 2021. 
[15]  Y. Kamei, S. Tomisato, S. Denno & K. Uehara, "LED Lighting Arrangement for Spatially Parallel Signal Transmission in Visible Light Communication," 2019 IEEE 8th Global Conference on Consumer Electronics (GCCE), pp. 1123-1126. IEEE, 2019. 
[16]  K. Masroor, V. Jeoti & M. Drieberg, "Analyzing the Effects of LED Lamp Arrangements on Performance of an Indoor Visible Light Communication System," 2019 IEEE 14th Malaysia International Conference on Communication (MICC), pp. 54-58, IEEE, 2019.
[17]  M. Mohammadi & S. M. S. Sadough, “Outage Probability Improvement through Optimal LED Placement for Visible Light Communications,” in 2020 3rdWest Asian Symposium on Optical Wireless Communications (WASOWC). IEEE, pp. 1-5, 2020.
[18]  O. Mowlavi, M. Karimi, & S. Sadough, “Performance Analysis of Free Space Optical Communication Links Under M-PAM and M-PSK Modulations Using Adaptive Power and Modulation Techniques,” Electronic and Cyber Defense, vol. 7, no. 1, pp. 63-75, 2019 (In Persian).
[19]  Z. Ghassemlooy, L. Alves, S. Zvanovec, & M. Khalighi, “Visible Light Communications: Theory and Applications,” CRC Press, 2017. [Online]. Available: https://books.google.com/books?id=ZgsqDwAAQBAJ 
[20]  M. A. Arfaoui, M. D. Soltani, I. Tavakkolnia, A. Ghrayeb, C. Assi, H. Haas, & M. Safari, “SNR Statistics of Indoor Mobile VLC Users with Random Device Orientation,” in 2019 IEEE International Conference on Communications Workshops (ICC Workshops). IEEE, pp. 1-6, 2019.
[21]  M. T. Dabiri & S. M. S. Sadough, “Optimal Placement of UAV-Assisted Free-Space Optical Communication Systems with DF Relaying,” IEEE Communications Letters, vol. 24, no. 1, pp. 155-158, Jan. 2020.
پدافند الکترونیکی و سایبری
دوره 10، شماره 3 - شماره پیاپی 39
شماره پیاپی 39، فصلنامه پاییز
دی 1401
صفحه 1-9

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 07 شهریور 1400
  • تاریخ بازنگری: 26 مرداد 1401
  • تاریخ پذیرش: 19 شهریور 1401
  • تاریخ انتشار: 01 دی 1401

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار