Analysis of VLC efficiency in optical wireless communication systems for indoor applications

• Autorzy: Smailov Nunzhigit , Akmardin Shakir , Ayapbergenova Assem , Ayapbergenova Gulsum , Kadyrova Rashida , Sabibolda Akezhan

Identyfikatory

DOI

10.35784/iapgos.6971

Warianty tytułu

PL

Analiza wydajności VLC w optycznych systemach komunikacji bezprzewodowej do zastosowań wewnętrznych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Visible Light Communication (VLC) has emerged out of a promising technology within indoor optical wireless communication systems due to its dual operations of illumination and data transmission. Studies in this paper have employed techniques of simulation and modeling based on evaluating the efficiency of the VLC indoor environment. The methodology will design a simulated framework that embodies significant portions of VLC systems: light-emitting diodes (LEDs) used for transmission, optical wireless channels, and photodetectors used for receivers. Different modulation techniques have been analyzed for data rate and bit error rate (BER), such as On-Off Keying (OOK) and Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM), to deduce the results on the performance parameters including data rate, bit error rate, and reliability in indoor VLC systems. Besides, the dimensions of the room, reflecting surfaces, and interference sources are considered in the performance of the communication. The results prove that with optimal configurations, high data rates and low BER are achievable in typical indoor settings. These provide practical guidelines for deploying VLC systems in real-world applications. All these findings lead the way towards the adoption of VLC technology in smart buildings and IoT ecosystems.

PL

Technologia VLC (komunikacja w świetle widzialnym) stała się obiecującym rozwiązaniem w systemach optycznej komunikacji bezprzewodowej wewnątrz budynków dzięki swojej podwójnej funkcji oświetlenia i transmisji danych. Badania przedstawione w tym artykule wykorzystują techniki symulacji i modelowania w celu oceny efektywności VLC w środowisku wewnętrznym. Metodologia zakłada zaprojektowanie symulacyjnego modelu, który uwzględnia kluczowe elementy systemów VLC: diody LED wykorzystywane do transmisji, kanały optyczne oraz fotodetektory pełniące rolę odbiorników. Przeanalizowano różne techniki modulacji, takie jak OOK i OFDM, pod kątem szybkości transmisji danych i stopy błędów (BER), aby ocenić parametry wydajności, takie jak szybkość danych, BER oraz niezawodność w systemach VLC wewnątrz budynków. Ponadto w analizie wydajności komunikacji uwzględniono wymiary pomieszczenia, powierzchnie odbijające oraz źródła zakłóceń. Wyniki pokazują, że dzięki optymalnym konfiguracjom możliwe jest osiągnięcie wysokich szybkości transmisji danych i niskiego BER w typowych warunkach wewnętrznych. Dostarczają one praktycznych wskazówek dotyczących wdrażania systemów VLC w rzeczywistych zastosowaniach. Wszystkie te wyniki torują drogę do przyjęcia technologii VLC w inteligentnych budynkach i ekosystemach IoT.

Słowa kluczowe

EN

Visible Light Communication (VLC); optical wireless communication; modulation techniques; bit error rate; LED communication

PL

komunikacja przy użyciu światła widzialnego (VLC); optyczna komunikacja bezprzewodowa; techniki modulacji; stopa błędów (BER); komunikacja LED

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Lubelskiej
• Czasopismo: Informatyka, Automatyka, Pomiary w Gospodarce i Ochronie Środowiska
• Rocznik: 2025
• Tom: T. 15, nr 2
• Strony: 135--138
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., wykr.

Twórcy

autor

Smailov Nunzhigit

• Institute of Mechanics and Machine Science Named by Academician U.A. Dzholdasbekov, Almaty, Kazakhstan
• Satbayev University, Department of Radio Engineering, Electronics and Space Technologies,Almaty, Kazakhstan

• https://orcid.org/0000-0002-7264-2390+

autor

Akmardin Shakir

• Satbayev University, Department of Radio Engineering, Electronics and Space Technologies,Almaty, Kazakhstan

• https://orcid.org/0009-0003-7162-9383+

autor

Ayapbergenova Assem

• Satbayev University, Department of Radio Engineering, Electronics and Space Technologies,Almaty, Kazakhstan

• https://orcid.org/0000-0001-6388-9458+

autor

Ayapbergenova Gulsum

• No. 202 Gymnasium school, Almaty, Kazakhstan

• https://orcid.org/0009-0000-9942-9402+

autor

Kadyrova Rashida

• Almaty Academy of Ministry of Internal Affairs, Department of Cyber Security and Information Technology, Almaty, Kazakhstan

• https://orcid.org/0009-0006-5120-6932+

autor

Sabibolda Akezhan

• Almaty Academy of Ministry of Internal Affairs, Department of Cyber Security and Information Technology, Almaty, Kazakhstan
• Satbayev University, Department of Radio Engineering, Electronics and Space Technologies, Almaty, Kazakhstan
• Institute of Mechanics and Machine Science Named by Academician U.A. Dzholdasbekov, Almaty, Kazakhstan

• https://orcid.org/0000-0002-1186-7940+

Bibliografia

• [1] Abdykadyrov A., et al. Optimization of Distributed Acoustic Sensors Based on Fiber Optic Technologies. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies 5(5(131)), 4061.2024.313455]. Network 2024, 50–59 [https://doi.org/10.15587/1729
• [2] Abuella H., et al.: Hybrid RF/VLC Systems: A Comprehensive Survey on Topologies, and Future Directions. Performance Analyses, Applications, IEEE Access 9, 2021, 160402–160436 [https://doi.org/10.1109/ACCESS.2021.3129154].
• [3] Aller D. G., et al.: Performance Evaluation of the Two-Input Buck Converter as a Visible Light Communication High-Brightness LED Driver Based on Split Power. Sensors 24(19), 2024, 6392 [https://doi.org/10.3390/s24196392].
• [4] Del Valle Morales C. I., et al.: Optoelectronics Interfaces for a VLC System for UHD Audio-Visual Content Transmission in a Passenger Van: HW Design. Sensors 24(17), 2024, 5829 [https://doi.org/10.3390/s24175829].
• [5] Drljača B., et al.: Application of the Power Flow Equation in Modeling Bandwidth in Polymer Optical Fibers: A Review. Optical and Quantum Electronics 56(4), 2024, 547 [https://doi.org/10.1007/s11082-023-06206-5].
• [6] Huang Q., et al.: Energy-Efficient Unmanned Aerial Vehicle-Aided Visible Light Communication with an Angle Diversity Transmitter for Joint Emergency Illumination and Communication. Sensors 23(18), 2023, 7886 [https://doi.org/10.3390/s23187886].
• [7] Iturralde D., et al.: A New Internet of Things Hybrid VLC/RF System for M-Health in an Underground Mining Industry. Sensors 24(1), 2023, 31 [https://doi.org/10.3390/s24010031].
• [8] Kengesbayeva S., et al.: Research of Deformation of Concrete Structures Using Fiber Optic Sensors and Bragg Gratings. International Conference on Electrical Engineering and Photonics – EExPolytech. IEEE, 2024 [https://doi.org/10.1109/eexpolytech62224.2024.10755828].
• [9] Lin B., et al.: Experimental Demonstration of Compressive Sensing-Based Channel Estimation for MIMO-OFDM VLC. IEEE Wireless Communications Letters 9(7), 2020, 1027–1030 [https://doi.org/10.1109/LWC.2020.2979177].
• [10] Liu Y., et al.: High-Resolution Dimmable Augmented Spectral-Efficiency Discrete Multi-Tone Architecture Based on Hybrid Pulse-Width Modulation in Visible-Light Communications. [https://doi.org/10.3390/s25082385]. Sensors 25(8), 2025, 2385
• [11] Loose F., et al.: A Case Study on the Integration of Powerline Communications and Visible Light Communications from a Power Electronics Perspective. Sensors 24(20), 2024, 6627 [https://doi.org/10.3390/s24206627].
• [12] Sabibolda A., et al.: Estimation of the Time Efficiency of a Radio Direction Finder Operating on the Basis of a Searchless Spectral Method of DispersionCorrelation Radio Direction Finding. Mechanisms and Machine Science 167, 2024, 62–70 [https://doi.org/10.1007/978-3-031-67569-0_8].
• [13] Saxena V. N., et al.: Secured End-to-End FSO-VLC-Based IoT Network with Randomly Positioned VLC: Known and Unknown CSI. IEEE Internet of Things Journal 10(2), 2023, 1347–1357 [https://doi.org/10.1109/JIOT.2022.3206048].
• [14] Shi G., et al.: Enhancing Security in Visible Light Communication: A Tabu-Search-Based Method for Transmitter Selection. Sensors 24(6), 2024, 1906 [https://doi.org/10.3390/s24061906].
• [15] Smailov N., et al.: Numerical Simulation and Measurement of Deformation Wave Parameters by Sensors of Various Types. Sensors 23(22), 2023, 9215 [https://doi.org/10.3390/s23229215].
• [16] Smailov N., et al.: Optimization of Machine Learning Methods for De-Anonymization in Social Networks. Informatyka, Automatyka, Pomiary w Gospodarce i Ochronie Środowiska 15(1), 2025, 101–104 [https://doi.org/10.35784/iapgos.7098].
• [17] Utreras A. J., et al.: Optical Switching Technologies: Problems and Proposed Solution. Proc. SPIE 9816, 2016, 98161D [https://doi.org/10.1117/12.2229342].