New Efficient Power Allocation, Cell Formation, and Load Balancing Protocols for Visible Light Communication Networks

New Efficient Power Allocation, Cell Formation, and Load Balancing Protocols for Visible Light Communication Networks. PhD thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.


Download (6MB) | Preview

Arabic Abstract

تم انشاء اتصالات الضوء المرئية لمساعدة اتصالات الراديو اللاسلكية أو لتقوم مقامها وذلك لتلبية الاحتياجات المتوقعة من سرعة البيانات في الجيل الخامس والاجيال القادمة. على الرغم من ان اتصالات الضوء المرئية تتمتع بميزات عالية مقارنة باتصالات الراديو اللاسلكية الا انه لا يزال هناك عيوب مثل التغطية المحدودة و التظليل و التشويش النابع من مصادر الضوء القريبة وهذه العيوب من الضروري التخلص أو التقليل منها في المستقبل. يمكن التخلص من هذه العيوب اما كليا او جزئيا بتكامل اتصالات الضوء مع اتصالات الراديو اللاسلكية او بتعاون وتنسيق المرسلات في اتصالات الضوء المرئية مع بعضها البعض. في هذه الرسالة أولا: أقترحنا تقنية جديدة لموازنة الحمل (توزيع المستخدمين على المرسلات) وتوزيع الطاقة على المستخدمين في الشبكات المختلطة المكونة من اتصالات الضوء المرئية واتصالات الراديو اللاسلكية. ثانيا: اقترحنا تقنية جديدة لتجميع المستخدمين واختيار المرسلات المناسبة لكل مجموعة وايضا توزيع الطاقة للمستخدمين مع تعطيل المرسلات المضرة (التي تبعث تشويش اكثر من بيانات). ثالثا: اقترحنا تقنية جديدة للارسال بناءا على تقنية الوصول المتعدد الغير متعامد وذلك لتحسين سرعة البيانات ومراعاة المستخدمين الذين يستقبلون خدمة رديئة. أخيرا: أسسنا نظام في اتصالات الضوء المرئية لنقل البيانات لمستخدمي البيانات وايضا لنقل الطاقة لمحتاجي الطاقة من المستخدمين و قمنا بتعظيم مقدار البيانات المستقبلة ومقدار الطاقة المستقبلة.

English Abstract

Visible light communication (VLC) has emerged as a great potential solution, either in replacement of, or complement to, existing radio-frequency (RF) networks, to support the projected traffic demands. Despite the prolific advantages of VLC networks, VLC faces many challenges such as channel estimation and shadowing effects, small coverage area, and the noise or interference that may be generated by nearby lighting systems. Some common solutions to partially overcome these challenges are to optimize the parameters of VLC networks, supplement the VLC by RF networks, and coordinated transmission. In this dissertation, we first propose a new joint load balancing (LB) and power allocation scheme for a hybrid VLC/RF system consisting of one RF access point (AP) and multiple VLC APs. Second, we propose a joint AP association and power allocation algorithms for energy efficiency (EE) maximization in standalone VLC networks. Based on the user-centric (UC) design, we propose a new algorithm for users’ clustering and APs’ association. We then propose two algorithms that jointly allocate the power, under quality-of-service (QoS) constraints, and decide which APs must be prevented from participating in communication. Third, we introduce a new transmission scheme based on the cooperative non-orthogonal multiple access (NOMA) scheme to improve the sum-rate and fairness in VLC systems. For a system model consisting of one VLC AP and multiple users, we formulate an optimization problem that jointly pairs the users, selects the optimal link for each weak user, and allocates the messages’ power to maximize the weighted sum-rate function. Solutions for such mixed-integer non-covex optimization problem are presented and compared to the traditional optimal NOMA scheme. Finally, we consider the scenario where multiple cooperative APs serve both energy-harvesting users (EHUs) and information-users (IUs). We solve the problem of maximizing a network-wide utility, which consists of a weighted-sum of the IUs’ sum-rate and the EHUs’ harvested-energy, so as to jointly determine the direct-current (DC)-bias value at each AP, and the users’ powers.

Item Type: Thesis (PhD)
Subjects: Engineering
Department: College of Engineering and Physics > Electrical Engineering
Committee Advisor: Zummo, S. A.
Committee Members: Alouini, M.-S. and Mesbah, W. and Al-Ghadhban, S.
Depositing User: MOHANAD OB ALI ABDULWAHID (g201106250)
Date Deposited: 22 Aug 2019 06:37
Last Modified: 31 Dec 2020 06:51