The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences (한국통신학회논문지)

The Korean Institute of Commucations and Information Sciences (한국통신학회)
권호 표지
DOI QR코드

DOI QR Code

Power and Offset Allocation for Spatial-Multiplexing MIMO System with Rate Adaptation for Optical Wireless Channels

다중 입출력 무선 광채널에서의 공간 다중화 기법의 적응적 전송을 위한 광출력과 오프셋 할당 기법

  • 박기홍 (고려대학교 전자컴퓨터공학과 통신시스템 연구실) ;
  • 고영채 (고려대학교 전기전자전파공학과)
  • Received : 2010.08.30
  • Accepted : 2010.12.31
  • Published : 2011.01.31
Download PDF
⟨ Previous Next ⟩

Abstract

Visible light communication (VLC) using optical sources which can be simultaneously utilized for illumination and communication is currently an attractive option for wireless personal area network. Improving the data rate in optical wireless communication system is challenging due to the limited bandwidth of the optical sources. In this paper, we design the singular value decomposition (SVD)-based multiplexing multi-input multi-output (MIMO) system to support two data streams in optical wireless channels. In order to improve the spectral efficiency, the rate adaptation using multi-level pulse amplitude modulation (PAM) is applied according to the channel condition and we propose the method to allocate the optical power, the offset and the size of modulation scheme theoretically under the constraints of the nonnegativity of the modulated signals, the aggregate optical power and the bit error rate (BER) requirement. The simulation results show that the proposed allocation method gives the better performance than the method to allocate the optical power equally for each data stream.

발광 다이오드와 같은 광원을 이용하여 조명과 통신의 두가지 기능을 동시에 이용할 수 있는 가시광 무선 통신은 최근 초고속 개인용 무선 네트워크에서 각광을 받고 있다. 광원의 제한된 대역폭으로 인하여 무선 광채널에서 전송률을 향상시키는 것이 이슈로 대두되는 가운데, 본 논문에서는 전송률을 향상시키는 기법으로써 다중 입출력 무선 광채널에서 두 개의 데이터 스트림을 지원하기 위해 고유값 분해를 이용한 공간 다중화 시스템을 설계한다. 채널의 변화에 따라 적응적 변조 기법을 적용하여 주파수 효율을 높이기 위해 펄스 진폭 변조 기법을 이용한다. 본 논문에서는 세기 변조를 이용한 변조 기법의 세 가지 제한 조건인 비음수성, 총 광출력값, 비트 오류율에 대하여 주파수 효율성을 향상시키기 위해 광출력값, 오프셋값, 변조 크기를 적응적으로 할당하기 위한 기법을 이론적으로 제안한다. 모의 실험 결과를 통해 본 논문의 제안 기법이 각 데이터 스트림에 광출력값을 동일하게 할당하는 기법에 비해 성능 향상을 이룰 수 있다는 것을 보인다.

Keywords

Acknowledgement

Grant : 테라헤르츠 대역 근거리 무선 통신시스템 연구

Supported by : 한국산업기술평가관리원

References

  1. E. T. Won and et. al., "Visible light communication : tutorial," IEEE 802.15-<08/0114-02>, March 2008.
  2. D. C. O'Brien, L. Zeng, H. L. Minh, G. Faulkner, J. W. Walewski, and S. Randel, "Visible light communications: challenges and possibilities," in Proc. IEEE Personal, Indoor and Mobile Radio Communications (PIMRC 2008), Cannes, France, Sept. 2008.
  3. D. Tse and P. Viswanath, Fundamentals of wireless communication. Cambridge University Press, 2005.
  4. S. G. Wilson, M. Brandt-Pearce, Q. Cao, and I. James H. Leveque, "Free-space optical MIMO transmission with Q-ary PPM," IEEE Trans. Commun., Vol.53, No.8, pp.1402-1412, Aug. 2005. https://doi.org/10.1109/TCOMM.2005.852836
  5. Y. A. Alqudah and M. Kavehrad, "MIMO characterization of indoor wireless optical link using a diffuse-transmission configuration," IEEE Trans. Commun., Vol.51, No.9, pp.1554-1560, Sept. 2003. https://doi.org/10.1109/TCOMM.2003.816945
  6. L. Zeng, D. C. O'Brien, H. L. Minh, G. E. Faulkner, K. Lee, D. Jung, Y. Oh, and E. T. Won, "High data rate multiple input multple output (MIMO) optical wireless communications using white LED lighting," IEEE J. Sel. Areas Commun., Vol. 7, No.9, pp.1654-1662, Dec. 2009.
  7. S. Randel, F. Breyer, S. C. J. Lee, and J. W. Walewski, "Advanced modulation schemes for short-range optical communications," IEEE J. Sel. Topics Quantum Electron., Accpeted for publication.
  8. A. J. Goldsmith and S. G. Chua, "Variable-rate variable-power MQAM for fading channels," IEEE Trans. Commun., Vol.45, No.10, pp. 1218-1230, Oct. 1997. https://doi.org/10.1109/26.634685
  9. P. S. Chow, J. M. Cioffi, and J. A. C. Bingham, "A practical discrete multitone transceiver loading algorithm for data transmission over spectrally shaped channels," IEEE Trans. Commun., Vol.43, pp.773-775, Feb./ March/ April 1995. https://doi.org/10.1109/26.380108
  10. J. Campello, "Optimum discrete bit loading for multicarrier modulation systems," in Proc. IEEE International Symposium on Information Theory. (ISIT 1998), Cambridge, MA, USA, Aug. 1998, p.193.
  11. J. Campello, "Practical bit loading for DMT," in Proc. IEEE International Conference on Communications. (ICC 1999), Vancouver, BC, Canada, June 1999, pp.801-805.