Nhằm kiểm chứng đề xuất, các tham số đầu vào mô phỏng được xác định như sau. Hệ thống VLC phục vụ cho một không gian (16 m 16 m 3 m). Chiều cao của thiết bị người dùng UE so với sàn nhà là = 1 m. Góc FOV của UE hướng lên trần nhà và vuông góc với mặt phẳng sàn. Các UE được phân bố đều trong điện tích mô phỏng. Kết nối mới được tạo ra thông qua quá trình Poisson với tốc độ đến trung bình 4 kết nối/ phút với thời gian kết nối theo phân phối mũ trung bình là 180 giây.
Hệ thống VLC đa chùm sáng được mô phỏng trên hai cấu hình 9 chùm sáng (S1) và 25 chùm sáng (S2). Để đảm bảo không có khu vực mù trong hệ thống, dựa vào công thức (3.2) và (3.3), xác định được cần ít nhất 4 × 4 AP được lắp đặt trong căn phòng. Các thông số mô phỏng được trình bày trong Bảng 3.2.
Bảng 3. 2: Thông số mô phỏng
Các thông số mô phỏng Ký hiệu Giá trị
Thời gian mô phỏng T 3600 (giây)
Thời gian của một khe Ts 0,001 (giây) Thời gian khung truyền TF 4 (khe thời gian)
Công suất quang của AP PAP 34 (W)
Diện tích vật lý của bộ nhận PD A 1,5 (cm2)
Góc nhìn của bộ nhận PD C 700
Dòng điện do ánh sáng nền Ibg 5100 (µA) Điện trở phản kháng của TIA RF 6 (k ) Hệ số chuyển đổi quang thành điện FOE 1/9
Băng thông của một thành phần OFDMA B 20 (MHz) SINR yêu cầu tối thiểu của điều chế 64-
QAM OFDM 16,6 (dB)
Số RUs trong mỗi thành phần OFDMA NRU 10 (RUs)
Trong nghiên cứu này, cơ chế đề xuất được đánh giá và so sánh với cơ chế tuần tự (Roundrobin-RR). Cơ chế RR cũng được thực hiện thông qua hai quy trình: Lựa chọn chùm sáng truyền dẫn và phân bổ kênh con cho các UE. Tuy nhiên, cơ chế thông thường này được thực hiện mà không xem xét đến tác động về CCI, độ trễ gói tin và thông lượng đường xuống.
Hình 3.12 SINR trung bình với từ 1 đến 5
Hình 3.12 biểu diễn SINR trung bình tại bộ nhận của các UE. Trong tất cả các trường hợp về số lượng thành phần OFDMA ( từ 1 đến 5 và M =2), cơ chế đề xuất luôn đạt được SINR lớn hơn 30 dB. Trong khi đó, với cơ chế RR, SINR bị giảm sâu do tác động của CCI cao: chỉ đạt 17 dB tại = 5 của cấu hình , 22,4 dB tại = 5 của cấu hình . Do đã loại bỏ hoàn toàn nhiễu nội ô và nhiễu liên ô trong hệ thống, kết quả trong hình 3.12 đã thể hiện sự cải thiện rất nhiều về SINR của cơ chế đề xuất so với cơ chế RR trước đó. Số lượng chùm sáng ở cấu hình lớn hơn nhiều so với và vùng phủ sóng của mỗi chùm sáng tại cũng nhỏ hơn . Điều
này làm giảm tác động CCI khi sử dụng cấu hình so với khi sử dụng cơ chế RR, dẫn đến SINR ở cao hơn so với khi cùng sử dụng cơ chế RR.
Thông lượng hệ thống đạt được ở các hệ thống VLC sử dụng các cơ chế khác nhau được đưa ra trong hình 3.13. Kết quả cho thấy sự cải thiện lên đến 14,4% ở và 14,2% ở của cơ chế đề xuất khi được so sánh với cơ chế RR. Với = 1 và 2, thông lượng đạt được ở hai thiết kế cấu hình là sấp xỉ nhau, do đó với trường hợp này hệ thống VLC nên được triển khai với cấu hình để giảm chi phí và độ phức tạp tính toán. Tuy nhiên, khi > 2, hệ thống VLC sử dụng cấu hình đạt thông lượng hệ thống vượt trội so với hệ thống sử dụng . Tại = 5, thông lượng hệ thống với cơ chế đề xuất đạt được 408,61Mbps ở , trong khi đó hệ thống khi sử dụng chỉ đạt được 285,55 Mbps. Cho thấy sự cải thiện lên đến 43% ở = 5 của hệ thống sử dụng so với .
Hình 3.14 Thông lượng người dùng với từ 1 đến 5
Hình 3.14 cho thấy sự cải thiện lên đến 14,8% ở và 14,1% ở của cơ chế đề xuất so với cơ chế RR khi xem xét về thông lượng người dùng. Với hệ thống sử dụng và cơ chế đề xuất, thông lượng người dùng ở = 5 đạt 33,2Mbps gấp 4,66 lần so với = 1 là 7,1 Mbps. Từ đó thấy được sự vượt trội về tốc độ truyền dữ liệu của hệ thống VLC SDMA/OFDMA đa chùm sáng khi so sánh với một hệ thống VLC đơn chùm sáng thông thường khi mà hệ thống đó chỉ có một phần tử OFDMA trong AP. Bằng việc loại bỏ hoàn toàn được CCI giúp nâng cao SINR, bên cạnh đó cơ chế luôn lựa chọn các chùm sáng có độ ưu tiên cao để truyền dữ liệu và phân bổ RU cho các UE có độ ưu tiên cao. Do đó, Cơ chế đề xuất đã đạt được hiệu quả tốt hơn nhiều so với cơ chế RR.
3.6 Kết luận chương
Trong chương 3 đã trình bày các vấn đề liên quan tới giải pháp nâng cao hiệu năng hệ thống VLC. Với các kiến trúc đa điểm AP, việc xây dựng cơ chế lập lịch phụ thuộc vào các giải pháp truyền dẫn hợp tác. Giải pháp đa điểm phối hợp là một giải pháp được nhiều nghiên cứu hiện nay tập trung nhằm nâng cao hiệu năng hệ
VLC dựa trên các thuật toán lựa chọn chùm sáng và phân bổ tài nguyên kênh con. Các giải pháp lập lịch này đã đem lại kết quả tốt hơn nhiều so với các giải pháp trước đây về mặt hiệu năng.
KẾT LUẬN CHUNG
Công nghệ VLC đã được phát triển trong một số năm gần đây đã cho thấy tiềm năng và hiệu quả trong truyền thông tốc độ cao. Tuy nhiên, các ứng dụng thực tiễn đã đặt ra các vấn đề cần giải quyết mới. Trong đó, mục tiêu cải thiện hiệu suất mạng luôn làm một mục tiêu cần tiếp tục nghiên cứu đối với cả nhà nghiên cứu lần nhà triển khai mạng lưới. Trong luận văn này, đề xuất lập lịch tối ưu tài nguyên có thể đem lại các ứng dụng thực tiễn và phù hợp với sự đa dạng của ứng dụng hiện nay. Các nội dung chính đã thực hiện trong luân văn này gồm.
Luận văn đã khái quát các vấn đề công nghệ truyền thông ánh sáng nhìn thấy VLC từ các đặc trưng công nghệ, các thiết bị và thành phần của hệ thống VLC. Từ các vấn đề này, luận văn đã khái quát các thách thức hiệu năng cần vừa qua của hệ thống VLC.
Chi tiết về các vấn đề ảnh hưởng tới hiệu năng hệ thống VLC được chỉ ra trong luận văn gồm các vấn đề liên quan tới điều chế, giải pháp phân bổ tài nguyên và nhiễu. Cụ thể các nhiễu nội cell và nhiễu liên cell đã ảnh hưởng mạnh nhất tới dung lượng mạng cấp cho người sử dụng.
Luận văn đã chỉ ra các cấu hình truyền đa điểm thông dụng trong hệ thống VLC, từ đó biểu diễn cơ chế lập lịch kết hợp truyền dẫn đa điểm phối hợp. Giải pháp lập lịch chỉ ra trong luận văn dựa trên hai thuật toán lựa chọn chùm sáng và phân bổ tài nguyên kênh con.
Các kết quả cho thấy, giải pháp nâng cao hiệu năng mạng VLC thông qua giảm nhiễu nội cell và nhiễu liên cell hoàn toàn có thể giải quyết thông qua cơ chế lập lịch phân bổ tài nguyên kênh con đường xuống và tối ưu chùm sáng.
Giải pháp phân bổ tài nguyên có thể đem lại những ứng dụng của ngôi nhà thông minh, các văn phòng làm việc với các cấu trúc phân bố địa lý không đồng nhất và số lượng người dung thay đổi.
DANH MỤC CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] A. G. Bell, "Selenium and the Photophone," in Nature vol. 22, ed, 1880, pp. 500—503.
[2] M. A. Naboulsi, H. Sizun and F. d. Fornel, Wavelength selection for the free space optical telecommunication technology, SPIE, 5465, 168–179, 2004. [3] N. Kumar, “Visible Light Communication: Concept, Technology, Challenges
and Possibilities,” 2013.
[4] I. Jamieson, “Visible Light Communication (VLC/Li-Fi) Systems”. [Online]. Available: http://bemri.org/visible-light-communication.html [Assess 30-Apr- 2017].
[5] Short-Range Wireless Optical Communication Using Visible Light, IEEE Standard 802.15.7, 2011.
[6] C. G. Lee, Visible Light Communication, in: Mu-tamed Khatib (Ed.), Advanced Trends in Wireless Communications, 2011.
[7] D. Karunatilaka, F. Zafar, V. Kalavally, R. Parthiban, “LED Based Indoor Visible Light Communications: State of the Art,” IEEE Communications Surveys & Tutorials, Mar. 2015
[8] R. Hou, Y. Chen, J. Wu, H. Zhang, “A Brief Survey of Optical Wireless Communication,” Proc. of the 13th Australasian Symposium on Parallel and Distributed Computing (AusPDC2015), Australia, Jan 27- 30, pp. 41-50, 2015. [9] M. Bhalerao, S. Sonavane, V. Kumar, “A Survey of Wireless Communication
Using Visible Light”, International Journal of Advances in Engineering & Technology. Vol. 5, Issue 2, pp. 188-197, 2013.
[10]T. Komine, M. Nakagawa, "Fundamental analysis for visible-light communication system using LED lights",IEEE Trans. Consum. Electron., vol. 50, no. 1, pp. 100-107, Feb. 2004.
[11] Siemens, "500 Megabits/Second with White LED Light," (Press release). Jan 18, 2010.
[12] Garcia J., Dalla-Costa M.A., Cardesin J., Alonso J.M. and Rico-Secades M.(2009), “Dimming of high-brightness LEDs by means of luminous fluxthermal estimation,” IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 24, pp. 1107–1114.
[13] Ghimire B, Haas H. Self-organising interference coordination in optical wireless networks. EURASIP J Wirel Commun Netw. 2012;2012:1–15.
[14] Tran, Cong-Nam & Nguyen, Nam-Hoang & Hoang Trong, Minh. (2019).
Lightbeam Configuration Method and Interference Elimination Resource Scheduling for Indoor Multibeam VLC Networks. Journal of Optical Communications. 10.1515/joc-2018-0224.
[15] Duc-Quan Nguyen, Ngoc-Tan Nguyen, and Nam-Hoang Nguyen, “Light Beam Allocation Algorithm for Eliminating Interference in Visible Light Communications,” in International Conference on Advanced Technologies for Communications (ATC), Oct. 2016, pp. 419-425.
[16] Vappangi, S., & Mani, V. V. (2019). Concurrent illumination and communication: A survey on Visible Light Communication. Physical Communication, 33, 90–114.
[17] Khan, L. U. (2017). Visible light communication: Applications, architecture, standardization and research challenges. Digital Communications and Networks, 3(2), 78–88.
[18]: Chen C, Videv S, Tsonev D, Haas H. Fractional frequency reuse in DCOOFDM-based optical attocell networks. J Lightw Technol. 2015 Oct; 33(19):3986-4000.
[19] Chen C, Tsonev D, Haas H. Joint transmission in indoor visible light communication downlink cellular networks. Proc Globecom Workshops (GC Wkshps). 2013: 1127-32.
[20] Hanzo L, Haas H, Imre S, O’Brien D, Rupp M, Gyongyosi L. Wireless myths, realities, and futures: from 3G/4G to optical and quantum wireless. IEEE Proc. 2012 May; 100 (Special Centennial Issue):1853–88.
[21] Wang Y, Videv S, Haas H. Dynamic load balancing with handover in hybrid LiFi and Wi-Fi networks. Proc IEEE 25th International Symposium on Persona Indoor and Mobile Radio Communications (PIMRC). 2014:548-52.
[22] S. Shao et al., “An indoor hybrid WIFI-VLC internet access system,” in Proc. IEEE 11th Int. Conf. MASS, Pennsylvania, PA, USA, 2014, pp. 569–574. [23] K.-D. Langer and J. Grubor, “Recent developments in optical wireless
communications using infrared and visible light,” in Transparent Optical Networks, 2007. ICTON’07. 9th International Conference on, vol. 3. IEEE, 2007, pp. 146–151.
[24] Chen C, Tsonev D, Haas H. Joint transmission in indoor visible light communication downlink cellular networks. 2013 IEEE Globecom Workshops (GC Wkshps). 2013 Dec: 1127–32.
[25] Nguyen DQ, Nguyen NT, Nguyen NH, Spirinmanwat K. Light beam allocation algorithm for eliminating interference in visible light communications. IEEE ATC’2016. Hanoi. 2016 Oct: 419–25.