Signal Processing Techniques for Optical Wireless Communication Systems

par Ali Waqar Azim

Thèse de doctorat en Optique et radiofrequences

Sous la direction de Yannis Le Guennec et de Ghislaine Maury.

Le président du jury était Laurent Clavier.

Le jury était composé de Christelle Aupetit-Berthelemot.

Les rapporteurs étaient Mohammad Ali Khalighi, Anne Julien-Vergonjanne.

  • Titre traduit

    Technique du traitement de signal pour les systemes de communication optique san fil


  • Résumé

    Le spectre radiofréquence (RF) diminue en raison d'une augmentation de la demande d'applications sans fil. Par conséquent, il existe une demande importante de régions de spectre alternatifs pour les communications afin d'incliner le spectre RF conventionnel. Dans ce contexte, les communications optiques sans fil (OWC) sont explorées comme un candidat potentiel pour compléter les communications RF. Le travail actuel se concentre sur les techniques d'atténuation des déficiences et les approches de modulation efficaces en énergie pour OWC. Dans un premier temps, on étudie le rapport de puissance crête à moyenne (PAPR) pour le multiplexage par répartition orthogonale de la fréquence optique (O-OFDM) et on présente deux techniques de réduction de PAPR orientées vers la décision. La complexité de ces méthodes est comparativement plus faible que celle des autres méthodes de réduction PAPR, tandis que leurs performances sont également analogues à celles des autres alternatives. Deuxièmement, une approche d'accès multiple par répartition en fréquence optique-porteuse unique (O-SCFDMA), appelée O-SCFDMA sans symétrie d'Hermitain (HSFO-SCFDMA) est proposée. Ce dernier évite la symétrie hermiatienne normalement attendue pour d'autres O-OFDM et Approches O-SCFDMA. Les résultats de la simulation affirment que HSFO-SCFDMA est plus efficace que toute autre approche O-SCFDMA pour OWC et manifeste le plus faible PAPR parmi les autres alternatives. Troisièmement, la performance du précodage est analysée pour l'O-OFDM (LACO-OFDM) asymétriquement en couches. Deux types de précodage sont utilisés, à savoir le précodage par transformée de Fourier et le précodage par transformée d'Hartley. Il est établi que le LACO-OFDM précodé a transformée Hartley présente le PAPR le plus faible et est moins vulnérable à la distorsion non linéaire introduite par les diodes électroluminescentes (LED), mais le rapport signale sur bruit (SNR) augmente ( électrique et optique à la fois) en raison de la structure en couches qui est plus élevée que le LACO-OFDM conventionnelle.


  • Résumé

    The radio-frequency (RF) spectrum is dwindling due to an increase in the demand of wireless applications. Hence, there is substantial demand of alternative spectrum regions for communications to recline the conventional RF spectrum. In this context, optical wireless communications (OWC) is explored as a likely candidate to supplement the RF communications. The current work focuses on impairment mitigation techniques and energy-efficient modulation approaches for OWC. Firstly, the peak-to-average power ratio (PAPR) for optical-orthogonal frequency division multiplexing (O-OFDM) is studied and two decision-directed PAPR reduction techniques are presented. The complexity of these methods is comparatively lower than other PAPR reduction methods, whilst, their performance is likewise analogous with other alternatives. Secondly, an optical-single-carrier frequency division multiple access (O-SCFDMA) approach, referred to as Hermitain symmetry free O-SCFDMA (HSFO-SCFDMA) is proposed, that averts Hermiatian symmetry which is normally expected for other O-OFDM and O-SCFDMA approaches. The simulation results affirm that HSFO-SCFDMA is more efficient than any other O-SCFDMA approach for OWC and manifests the lowest PAPR among the other alternatives. Thirdly, the performance of precoding is analyzed for layered asymmetrically clipped O-OFDM (LACO-OFDM). Two types of precoding are employed, i.e., Fourier transform precoding and Hartley transform precoding. It is established that Hartley transform precoded LACO-OFDM exhibits the lowest PAPR and is less vulnerable to non-linear distortion introduced by the light emitting diodes (LEDs), howbeit, the signal-to-noise ratio (SNR) increase (both electrical and optical) owing to the layered structure is higher than conventional LACO-OFDM.


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