Analysis of An Improved Transmission Method by Using the Dimming Control Bit for Visible Light Communication Systems

Öz

In the study, a new transmission scheme has been proposed for visible light communication (VLC) systems using the signal features of variable pulse position modulation (VPPM) technique. The proposed system encodes three different signals according to four information bits while the traditional system encodes one signal by one information bit. In this study, it is aimed to develop a modulator to produce a signal which has a better spectral efficiency than the traditional system thanks to a bit that is called as dimming level control bit. By using four message bits, the proposed modulator generates the signals of which dimming levels are %25-%50-%75 or %75-%50-%25, respectively. The dimming level control bit provides the controlling of 25% and 75% dimming level signals. From the simulation results, it has been observed that proposed structure has performed better compared to signal (25%, 30%, 70% and 75%) with respect to both bit error rate and spectral efficiency instead of 40%, 50% and 60% dimming signals. Moreover, the proposed method has been applied to secure image communication since the dimming level control bit encodes the position of 25% and 75% dimming levels in the proposed structure. For traditional system, the message bits are obtained as 25% missing due to the fact that the system can not decode dimming control bits, although the dimming level knowledge of the demodulator at receiver side has been considered as 100%. In addition, a detailed theoretical infrastructure has been established for both the proposed receiver and transmitter.

Anahtar Kelimeler

• Bit error rate,variable pulse position modulation,image transmission,visible light communication,dimming level

Görünür Işık Haberleşme Sistemleri İçin Karartma Kontrol Biti Kullanılarak Geliştirilmiş Bir İletim Yönteminin Analizi

Öz

Yapılan çalışmada Görünür Işık Haberleşme (Visible Light Communication, VLC) sistemleri için, değiştirilebilir karartma seviyeli darbe konum modülasyonu (Variable Pulse Position Modulation, VPPM) tekniğinin sinyal özellikleri kullanılarak yeni bir iletim şeması önerilmiştir. Geleneksel sistem bir bilgi biti ile bir sinyali kodlarken, önerilen sistem dört bilgi biti ile üç farklı sinyali kodlamaktadır. Bu çalışmada, karartma seviyesi kontrol biti olarak adlandırılan bit sayesinde, geleneksel sisteme göre daha iyi spektral verimliliğe sahip bir sinyal üreten modülatörün geliştirilmesi amaçlanmıştır. Önerilen modülatör dört adet bilgi biti ile sırasıyla %25-%50-%75 veya %75-%50-%25 karartma seviyeli sinyalleri üretmektedir. %25 ve %75 karartma seviyeli sinyallerin kontrolü, karartma seviyesi kontrol biti ile sağlanmıştır. Benzetim sonuçlarından, önerilen yapının %40, %50 ve %60 karartma seviyeli sinyallerin haricindeki sinyallere (%25, %30, %70 ve %75) göre, hem bit hata oranı hem de spektral verimlilik açısından daha iyi bir performans verdiği görülmüştür. Ayrıca önerilen yapıda karartma seviyesi kontrol bitinin %25 ve %75 karartma seviyeli sinyallerin konumunu kodlaması nedeniyle, önerilen yöntem güvenli görüntü iletişimine uygulanmıştır. Uygulamada geleneksel yapıda alıcı tarafta kullanılan demodülatörün karartma seviyesi bilgisi %100 olarak kabul edilmiş olmasına rağmen, geleneksel sistem karartma kontrol bitlerini çözemediği için, bilgi bitlerini %25 eksik olarak elde etmiştir. Ayrıca, hem önerilen alıcı hem de önerilen verici için ayrıntılı bir teorik altyapı oluşturulmuştur.

Anahtar Kelimeler

• görüntü iletimi,Bit hata oranı,değiştirilebilir darbe konum modülasyonu,görünür ışık haberleşmesi,karartma seviyesi

Kaynakça

1. [1] A. Yeşilkaya, F. Miramirkhani, H. F. Alsan, Ertuğrul Başar, and E. Panayırcı, “Görünür Işık Kanallarının Modellenmesi ve Optik OFDM Sistemleri için Başarım Analizi Modelling of Visible Light Channels and Performance Analysis for Optical OFDM Systems Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü, Özyeğin Üniversitesi, Istanbul, Türk,” 1–11.
2. [2] C. Albayrak, K. Turk, E. Tugcu, and A. Yazgan, “Seamless rate adaptation for indoor visible light communication without CSI at the transmitter,” Phys. Commun., 40: 101071, 2020.
3. [3] M. Durgun and L. Gökrem, “VLC4WoT : Visible Light Communication for Web of Things,” 14(4): 1502–1519, 2020.
4. [4] L. E. M. Matheus, A. B. Vieira, L. F. M. Vieira, M. A. M. Vieira, and O. Gnawali, “Visible Light Communication: Concepts, Applications and Challenges,” IEEE Commun. Surv. Tutorials, 21(4): 3204–3237, 2019.
5. [5] K. Lee and H. Park, “Modulations for visible light communications with dimming control,” IEEE Photonics Technol. Lett., 23(16): 1136–1138, 2011.
6. [6] K. Choi, Y. Jang, J. Noh, M. C. Ju, and Y. Park, “Visible light communications with color and dimming control by employing VPPM coding,” ICUFN 2012 - 4th Int. Conf. Ubiquitous Futur. Networks, Final Progr., 10–12, 2012.
7. [7] L. Yi and S. G. Lee, “Performance improvement of dimmable VLC system with variable pulse amplitude and position modulation control scheme,” Proc. - 2014 Int. Conf. Wirel. Commun. Sens. Network, WCSN 2014, 81–85, 2014.
8. [8] M. L. G. Salmento et al., “Application of a flyback converter and variable pulse position modulation for visible light communication,” 14th Brazilian Power Electron. Conf. COBEP 2017, 1–5, 2017.

9. [9] J. H. Yoo and S. Y. Jung, “Modeling and analysis of variable PPM for visible light communications,” Eurasip J. Wirel. Commun. Netw., 1: 1–6, 2013.
10. [10] J. G. Webster, A. R. Ndjiongue, H. C. Ferreira, and T. M. N. Ngatched, “Visible Light Communications (VLC) Technology,” Wiley Encycl. Electr. Electron. Eng., 1–15, 2015.
11. [11] J. Noh, S. Lee, J. Kim, M. Ju, and Y. Park, “A dimming controllable VPPM-based VLC system and its implementation,” Opt. Commun., 343: 34–37, 2015.
12. [12] M. Sönmez, “Simplified and accelerated PPM receivers for VLC systems,” IET Optoelectron., 12(1): 36–43, 2018.
13. [13] F. Hu, P. Zou, G. Li, W. Yu, and N. Chi, “Enhanced Performance of CAP-Modulated Visible Light Communication System Utilizing Geometric Shaping and Rotation Coding,” IEEE Photonics J., 11(5): 1–12, 2019.
14. [14] T. Komine and M. Nakagawa, “Fundamental analysis for visible-light communication system using LED lights,” IEEE Trans. Consum. Electron., 50(1): 100–107, 2004.
15. [15] Z. Wang and W. Qiu, “Secure Image Transmission over DFT-precoded OFDM-VLC systems based on Chebyshev Chaos scrambling,” Opt. Commun., 397: 84–90, 2017