Academic Journal
Efficient downlink MU-MIMO VLC systems with NOMA-OTFS modulation for indoor applications
| Τίτλος: | Efficient downlink MU-MIMO VLC systems with NOMA-OTFS modulation for indoor applications |
|---|---|
| Συγγραφείς: | Mohamed El Jbari, Mohamed Moussaoui |
| Πηγή: | Optical Engineering. 63 |
| Στοιχεία εκδότη: | SPIE-Intl Soc Optical Eng, 2024. |
| Έτος έκδοσης: | 2024 |
| Θεματικοί όροι: | Telecommunications link, Free-Space Optical Communication, Visible light communication, Noma, 7. Clean energy, Peak-to-Average Power Ratio Reduction Techniques, Engineering, Light-emitting diode, FOS: Electrical engineering, electronic engineering, information engineering, MIMO Techniques, Electrical and Electronic Engineering, Modulation (music), Optical Wireless Communication Systems and Technologies, Electronic engineering, Physics, Underwater Optical Communication, Optics, Acoustics, Computer science, Visible Light Communication, MIMO, Microwave Photonics and Optical Access Networks, Channel (broadcasting), Physical Sciences, Telecommunications, LED-Based Communication |
| Περιγραφή: | Dans la communication optique sans fil (OWC), la communication par lumière visible (VLC) a montré un grand potentiel et des performances attrayantes dans les environnements intérieurs. Cependant, la bande passante de modulation limitée des technologies VLC pose des restrictions de performance. Nous proposons une nouvelle approche pour la communication en liaison descendante utilisant la technologie à entrées multiples et sorties multiples (MIMO). Notre approche intègre l'accès multiple non orthogonal (NOMA) avec la modulation orthogonale de l'espace temps-fréquence (OTF) pour améliorer les performances de transmission, en particulier pour la faible mobilité lors de l'utilisation de NOMA-OTFS. Notre travail proposé se concentre sur l'étape cruciale du NOMA avec annulation successive des interférences (SIC), qui implique l'égalisation à l'aide de schémas efficaces, tels que l'égaliseur à rétroaction de décision (DFE), l'égaliseur linéaire à zéro forçage dans le domaine fréquentiel et l'erreur quadratique moyenne minimale-SIC au niveau du récepteur. Grâce à une expérimentation approfondie, on observe que le DFE avec SIC surpasse les autres égaliseurs, démontrant une probabilité de panne plus faible et un meilleur TEB. L'efficacité de l'algorithme analytique optimisé pour la modulation NOMA-OTFS en liaison descendante basée sur le ML est confirmée par la validation théorique du BER. De plus, les résultats de la simulation indiquent que, dans un scénario multi-utilisateurs (MU), le NOMA-OTFS proposé présente une performance élevée par rapport au NOMA traditionnel combiné à un multiplexage par répartition orthogonale de la fréquence dans les systèmes VLC MU-MIMO en liaison descendante. Cet avantage de performance est observé à la fois pour les techniques de multiplexage MIMO et à entrées multiples à sortie unique avec allocation de puissance des utilisateurs, en particulier en termes d'amélioration du BER et de réduction du rapport puissance de crête/puissance moyenne. En la comunicación óptica inalámbrica (OWC), la comunicación por luz visible (VLC) ha demostrado un gran potencial y un rendimiento atractivo en entornos interiores. Sin embargo, el ancho de banda de modulación limitado de las tecnologías VLC plantea restricciones de rendimiento. Proponemos un nuevo enfoque para la comunicación de enlace descendente que utiliza la tecnología de múltiples entradas y múltiples salidas (mimo). Nuestro enfoque integra el acceso múltiple no ortogonal (NOMA) con la modulación espacio-tiempo-frecuencia ortogonal (OTF) para mejorar el rendimiento de la transmisión, particularmente para baja movilidad cuando se utiliza NOMA-OTFS. Nuestro trabajo propuesto se centra en la etapa crucial de NOMA con cancelación de interferencia sucesiva (SIC), que implica la ecualización utilizando esquemas eficientes, como el ecualizador de retroalimentación de decisión (DFE), el ecualizador lineal de fuerza cero en el dominio de la frecuencia y el error cuadrático medio mínimo SIC en el receptor. A través de una extensa experimentación, se observa que el DFE con SIC supera a otros ecualizadores, demostrando una menor probabilidad de interrupción y una mejor BER. La efectividad del algoritmo analítico optimizado para la modulación NOMA-OTFS de enlace descendente basada en ML se confirma a través de la validación teórica DE BER. Además, los hallazgos de la simulación indican que, en un escenario multiusuario (MU), el NOMA-OTFS propuesto exhibe un alto rendimiento en comparación con el NOMA tradicional combinado con la multiplexación por división de frecuencia ortogonal en sistemas VLC MU-MIMO de enlace descendente. Esta ventaja de rendimiento se observa tanto para las técnicas de multiplexación mimo como para las de entrada múltiple y salida única con asignación de potencia de los usuarios, específicamente en términos de mejora de la BER y reducción de la relación de potencia pico a promedio. In optical wireless communication (OWC), visible light communication (VLC) has shown great potential and attractive performance in indoor environments. However, the limited modulation bandwidth of VLC technologies poses performance restrictions. We propose a new approach for downlink communication utilizing multiple-input multiple-output (MIMO) technology. Our approach integrates non-orthogonal multiple access (NOMA) with orthogonal time frequency space modulation (OTFS) to improve transmission performance, particularly for low mobility when using NOMA-OTFS. Our proposed work focuses on the crucial stage of NOMA with successive interference cancellation (SIC), which involves equalization using efficient schemes, such as decision feedback equalizer (DFE), frequency-domain zero-forcing linear equalizer, and minimum mean square error-SIC at the receiver. Through extensive experimentation, it is observed that the DFE with SIC outperforms other equalizers, demonstrating a lower outage probability and a better BER. The effectiveness of the optimized analytical algorithm for ML-based downlink NOMA-OTFS modulation is confirmed through theoretical BER validation. Moreover, the simulation findings indicate that, in a multi-user (MU) scenario, the proposed NOMA-OTFS exhibits a high performance compared with traditional NOMA combined with orthogonal frequency division multiplexing in downlink MU-MIMO VLC systems. This performance advantage is observed for both MIMO and multiple-input single-output multiplexing techniques with power allocation of the users, specifically in terms of BER improvement and peak-to-average-power ratio reduction. في الاتصالات اللاسلكية البصرية (OWC)، أظهر اتصال الضوء المرئي (VLC) إمكانات كبيرة وأداء جذاب في البيئات الداخلية. ومع ذلك، فإن النطاق الترددي المحدود لتعديل تقنيات VLC يفرض قيودًا على الأداء. نقترح نهجًا جديدًا لاتصالات الوصلة الهابطة باستخدام تقنية متعددة المدخلات متعددة المخرجات (MIMO). يدمج نهجنا الوصول المتعدد غير المتعامد (NOMA) مع تعديل الحيز الزمني المتعامد (OTFS) لتحسين أداء الإرسال، خاصة بالنسبة للحركة المنخفضة عند استخدام NOMA - OTFS. يركز عملنا المقترح على المرحلة الحاسمة من NOMA مع إلغاء التداخل المتتالي (SIC)، والذي يتضمن المعادلة باستخدام مخططات فعالة، مثل معادل التغذية الراجعة للقرار (DFE)، ومعادل خطي صفر التأثير في نطاق التردد، والحد الأدنى من متوسط الخطأ المربع - SIC عند جهاز الاستقبال. من خلال التجارب المكثفة، لوحظ أن DFE مع SIC يتفوق على المعادلات الأخرى، مما يدل على احتمال انقطاع أقل و BER أفضل. يتم تأكيد فعالية الخوارزمية التحليلية المحسنة لتعديل NOMA - OTFS القائم على ML من خلال التحقق النظري من BER. علاوة على ذلك، تشير نتائج المحاكاة إلى أنه في سيناريو متعدد المستخدمين (MU)، يُظهر NOMA - OTFS المقترح أداءً عاليًا مقارنةً بآكلة الفم التقليدية جنبًا إلى جنب مع مضاعفة تقسيم التردد المتعامد في أنظمة MU - MIMO VLC للوصلة الهابطة. لوحظت ميزة الأداء هذه لكل من MIMO وتقنيات تعدد الإرسال أحادية الخرج متعددة المدخلات مع تخصيص الطاقة للمستخدمين، وتحديدًا من حيث تحسين BER وتقليل نسبة الطاقة من الذروة إلى المتوسط. |
| Τύπος εγγράφου: | Article Other literature type |
| ISSN: | 0091-3286 |
| DOI: | 10.1117/1.oe.63.2.028102 |
| DOI: | 10.60692/4zxzq-zas13 |
| DOI: | 10.60692/k6xvh-pbv13 |
| Αριθμός Καταχώρησης: | edsair.doi.dedup.....d6cbeb5bf47d9c7c85d54a128551e9e4 |
| Βάση Δεδομένων: | OpenAIRE |
| ISSN: | 00913286 |
|---|---|
| DOI: | 10.1117/1.oe.63.2.028102 |