Search

International audience; The use of visible-light communication (VLC) to complement radio-frequency systems in satisfying the everincreasing user data demands has received particular interest since about two decades. One important issue in VLC networks is to address the multiple-access (MA) requirement. Non-orthogonal MA (NOMA) is a promising technique for multi-cell VLC networks, in particular, due to providing high spectral efficiency. However, its performance is highly impacted by the considered power allocation (PA). In this paper, we propose optimization of PA in NOMA-based VLC networks using particle swarm optimization. The presented results show that the optimized PA offers a higher performance in terms of the network achievable throughput and fairness, compared with non-optimized PA, while offering flexibility in controlling the desired performance criteria.

The Tactile Internet (TI) is an emerging area of research involving 5G and beyond (B5G) communications to enable real-time interaction of haptic data over the Internet between tactile ends, with audio-visual data as feedback. This emerging TI technology is viewed as the next evolutionary step for the Internet of Things (IoT) and is expected to bring about a massive change in Healthcare 4.0, Industry 4.0 and autonomous vehicles to resolve complicated issues in modern society. This vision of TI makes a dream into a reality. This article aims to provide a comprehensive survey of TI, focussing on design architecture, key application areas, potential enabling technologies, current issues, and challenges to realise it. To illustrate the novelty of our work, we present a brainstorming mind-map of all the topics discussed in this article. We emphasise the design aspects of the TI and discuss the three main sections of the TI, i.e., master, network, and slave sections, with a focus on the proposed application-centric design architecture. With the help of the proposed illustrative diagrams of use cases, we discuss and tabulate the possible applications of the TI with a 5G framework and its requirements. Then, we extensively address the currently identified issues and challenges with promising potential enablers of the TI. Moreover, a comprehensive review focussing on related articles on enabling technologies is explored, including Fifth Generation (5G), Software-Defined Networking (SDN), Network Function Virtualisation (NFV), Cloud/Edge/Fog Computing, Multiple Access, and Network Coding. Finally, we conclude the survey with several research issues that are open for further investigation. Thus, the survey provides insights into the TI that can help network researchers and engineers to contribute further towards developing the next-generation Internet.

Visible light communication (VLC) is a promising technology for providing energy-efficient wireless connectivity in both indoor and outdoor environments, and is regarded as a serious candidate for providing wireless access in beyond-5G networks. When deployed in large spaces, a multi-cell architecture needs to be adopted using multiple luminaires. In addition, efficient solutions should be used to manage the user mobility, as well as the multi-user interference (MUI) when multiple users (or devices) should be connected to the network. There, a simple solution is that of multi-user multiple-input single-output (MU-MISO) with zero-forcing (ZF) pre-coding at the transmitter. However, this scheme can only handle a limited number of users and, furthermore, its performance is very sensitive to the condition number of the network channel matrix. More efficient multiple-access (MA) signalling schemes need to be designed in order to allow serving potentially large numbers of users, while ensuring smooth handovers as well as efficient resource management to mitigate MUI, which has been the subject of this research.In this thesis, firstly, we propose the optimization of the transmitter and the receiver parameters to improve the performance of the ZF pre-coding VLC networks, by decreasing the correlation in the network channel matrix. Following this, and in order to handle a potentially large number of users, we propose novel MA techniques, which allow efficient MUI mitigation and improved network performance. In particular, we propose a hybrid non-orthogonal multiple-access (NOMA)- ZF pre-coding scheme, where ZF pre-coding is used for broadcasting the signals of the cell-edge users with the highest decoding order in the NOMA scheme. On the other hand, for the case of NOMA-based transmission, we propose handling MUI in a dimming-aware manner, through efficient time-scheduling, scaling, and coordination of the transmissions within each cell. Furthermore, we investigate the case of user mobility, and propose new efficient soft handover techniques, which guarantee an improved network throughput and reliability., La communication par la lumière visible (VLC pour Visible Light Communication) est une technologie prometteuse pour fournir la connectivité sans-fil à grande efficacité énergétique, et est considérée comme un candidat sérieux pour les futurs réseaux de télécommunication au-delà de la 5G. Pour un déploiement dans de grands espaces, une architecture VLC cellulaire doit être adoptée en utilisant plusieurs luminaires. En outre, des solutions efficaces doivent être utilisées pour gérer la mobilité des utilisateurs, ainsi que les interférences multi-utilisateurs (MUI pour Multi-User Interference) lorsque plusieurs utilisateurs (ou dispositifs) doivent être connectés au réseau simultanément. Une solution simple consiste alors à utiliser la technique de pré-codage à forçage de zéro (ZF pour Zero Forcing) à l’émission. Cependant, ce schéma ne peut traiter qu’un nombre limité d’utilisateurs et, de plus, ses performances sont très sensibles au conditionnement de la matrice de canal. Par conséquent, des schémas de transmission d’accès multiples plus efficaces doivent être développés afin de permettre de desservir un nombre potentiellement important d’utilisateurs, tout en garantissant des transferts intercellulaires (handover) fluides, ainsi qu’une gestion efficace des ressources pour réduire les MUI, qui ont fait l’objet de ce travail de thèse.Dans cette thèse, dans un premier temps, nous proposons l’optimisation des paramètres de l’émetteur et du récepteur pour améliorer les performances des réseaux VLC utilisant le précodage ZF, en améliorant le conditionnement de la matrice du canal. Ensuite, et afin de gérer un nombre potentiellement grand d’utilisateurs, nous proposons de nouvelles techniques d’accès multiple, qui permettent une réduction efficace des MUI et une amélioration des performances du réseau. En particulier, nous proposons un schéma hybride de pré-codage ZF et d’accès multiple non-orthogonal (NOMA pour Non-Orthogonal Multiple-Access), où le pré-codage ZF est utilisé pour diffuser les signaux des utilisateurs se trouvant au bord des cellules avec l’ordre de décodage le plus élevé dans le schéma NOMA. D’autre part, pour le cas d’une transmission basée sur le schéma NOMA, et pour permettre une adaptation aux variations de l’intensité lumineuse, nous proposons une solution de gestion des MUI basée sur la planification temporelle et la coordination des transmissions au sein de chaque cellule. Enfin, nous étudions le cas de la mobilité des utilisateurs et proposons de nouvelles techniques de handover qui permettent une amélioration du débit et de la fiabilité des connexions.

International audience; The growing demand for high speed indoor wireless connectivity is among the driving forces for data transmission based on visible-light communications (VLC). For relatively large-space indoor scenarios, the development of appropriate spectrally-efficient multiple-access (MA) techniques enables efficient handling of multiple users, in particular, in dealing with the limited modulation bandwidth of the light-emitting diodes. In this paper, we present a comparative study between different MA techniques proposed in the recent literature for VLC networks. The most appropriate schemes for large-scale network deployments are further investigated in different scenarios to contrast their performance in terms of the achievable throughput.

International audience; The growing demand for high speed indoor wireless connectivity is among the driving forces for data transmission based on visible-light communications (VLC). For relatively large-space indoor scenarios, the development of appropriate spectrally-efficient multiple-access (MA) techniques enables efficient handling of multiple users, in particular, in dealing with the limited modulation bandwidth of the light-emitting diodes. In this paper, we present a comparative study between different MA techniques proposed in the recent literature for VLC networks. The most appropriate schemes for large-scale network deployments are further investigated in different scenarios to contrast their performance in terms of the achievable throughput.

Τα τελευταία χρόνια παρατηρείται μια ραγδαία ανάπτυξη στο κλάδο των τηλεπικοινωνιών και αυτό είναι ορατό στην καθημερινή ζωή μας. Η ψηφιακή μετάδοση και επεξεργασία των σημάτων σε συνδυασμό με την βελτίωση των μέσων μετάδοσης, της υποδομής και των τεχνικών διαμόρφωσης, δίνουν την δυνατότητα στους επιστήμονες να επικεντρωθούν όλο και περισσότερο στα θέματα τηλεπικοινωνιών, ειδικά των ασύρματων τηλεπικοινωνιών. Στις ασύρματες τηλεπικοινωνίες οι τεχνικές πολλαπλής πρόσβασης χρησιμοποιούνται για να επιτρέψουν σε πολλούς χρήστες να μοιραστούν ταυτόχρονα ένα περιορισμένο φάσμα συχνοτήτων. Το μοίρασμα του φάσματος είναι απαραίτητο προκειμένου να αυξήσουμε την χωρητικότητα ενός συστήματος, ενώ θα πρέπει να γίνει με τέτοιο τρόπο, ώστε να μην υπάρχει σημαντική υποβάθμιση της απόδοσης του συστήματος. Για να αντιμετωπιστεί αυτή η υποβάθμιση έχουν προταθεί διάφορες τεχνικές πολλαπλής πρόσβασης. Σε μια από αυτές τις τεχνικές το συνολικό φάσμα συχνοτήτων διαιρείται σε συχνοτικά μη-επικαλυπτόμενες υποζώνες, οι οποίες ανατίθενται στους επιμέρους χρήστες (πολλαπλή πρόσβαση με διαίρεση συχνότητας – FDMA). Σε αυτή την περίπτωση, όμως, έχουμε σπατάλη του εύρους ζώνης του καναλιού, αφού οι χρήστες δεν μπορούν να χρησιμοποιούν όλο το κανάλι, όλη την ώρα. Μια τεχνική που δίνει λύση στο παραπάνω πρόβλημα (πολλαπλή πρόσβαση με διαίρεση κωδικών - CDMA), χρησιμοποιεί ορθογώνιους κώδικες που ανατίθενται στους χρήστες, δίνοντας τους την δυνατότητα ταυτόχρονης μετάδοσης στο κανάλι για όση ώρα απαιτείται. Το βασικότερο πρόβλημα αυτής της τεχνικής είναι ότι η ιδιότητα της ορθογωνιότητας των κωδίκων χάνεται όταν χρησιμοποιούνται συχνοτικά επιλεκτικά κανάλια. Μια νέα τεχνική πολλαπλής πρόσβασης που προτάθηκε η οποία αποφεύγει τα παραπάνω προβλήματα είναι η πολλαπλή πρόσβαση με διαίρεση συχνότητας και αναδιάταξη δεδομένων (Interleaved FDMA). Η συγκεκριμένη τεχνική συνδυάζει χαρακτηριστικά από το FDMA και το CDMA. Συγκεκριμένα, συμπιέζει χρονικά την ακολουθία συμβόλων που πρόκειται να αποσταλεί, την επαναλαμβάνει (παρόμοια λειτουργία με το CDMA) και την μετατοπίζει συχνοτικά βασιζόμενη στον εκάστοτε χρήστη (παρόμοια λειτουργία με το OFDMA). Στον δέκτη οι ακολουθίες των χρηστών διαχωρίζονται χωρίς πρόβλημα ακόμα και όταν το κανάλι είναι συχνοτικά επιλεκτικό. Σε αυτή την περίπτωση εισάγεται διασυμβολική παρεμβολή με αποτέλεσμα να απαιτείται κάποια διαδικασία ισοστάθμισης. Η δομή με βάση την οποία έγινε η μελέτη της τεχνικής πολλαπλής πρόσβασης IFDMA είναι η εξής: 1. Αναφορά στις τρέχουσες τεχνικές πολλαπλής πρόσβασης και στα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα της κάθε τεχνικής. 2. Μελέτη της τεχνικής IFDMA και αναφορά στα προβλήματα που εμφανίζει πχ ισοστάθμιση. 3. Παρουσίαση της υλοποίησης της τεχνικής IFDMA και των λύσεων για τα προβλήματα που παρουσιάζει, τα πειραματικά αποτελέσματα που σχετίζονται με την υλοποίηση, καθώς και συγκριτικά αποτελέσματα με τις πιο γνωστές τεχνικές πολλαπλής πρόσβασης. 4. Συμπεράσματα της μελέτης και της σύγκρισης της τεχνικής IFDMA με τις γνωστές τεχνικές πολλαπλής πρόσβασης, καθώς και πιθανές μελλοντικές κατευθύνσεις. In recent years, we have seen a rapid growth in the telecom industry and this is evident in our everyday lives. The digital transmission and processing of signals in conjunction with the improvement of the transmission, infrastructure and technical configuration means, gives scientists the opportunity to focus increasingly on telecommunications issues, specifically on wireless telecommunications. In wireless telecommunications, multiple access techniques are used, in order to allow multiple users to share simultaneously a limited range of frequencies. Spectrum splitting is necessary, in order to increase the capacity of a system and should be done in a way that results in no significant degradation of system performance. To overcome this degradation various multiple access techniques have been proposed. According to one of these techniques, the total frequency spectrum is divided in frequency of non-overlapping sub-bands which are assigned to individual users (multiple access frequency division - FDMA). In this case, however, we are wasting the bandwidth of the channel, since users can not use all the channel, all the time. A technique that solves the above problem (multiple access with codes - CDMA) uses orthogonal codes, assigned to users, allowing them to simulcast in the channel for as long as needed. The main problem of this technique is that the status of orthogonality is lost when frequency selective channels are used. A new multiple access technique proposed, which avoids these problems, is the multiple access with frequency division and reorganization of data (Interleaved FDMA). This technique combines features from FDMA and CDMA. Specifically, it compresses timewise the sequence of symbols to be sent, repeats it (an operation similar to CDMA) and shifts it, in terms of frequency range, based on each user (a function similar to OFDMA). In the receptor’s side, the sequences of users separate without problem, even when the channel is frequency selective. In this case, intersymbol interference is introduced, which, therefore, requires an equalization process. The structure, upon which the study of the multiple access technique IFDMA made, was: 1. Reference to the current multiple-access techniques and the advantages and disadvantages of each one of them. 2. Study of the IFDMA technique and reference to the problems that it presents e.g. equalization. 3. Presentation of the implementation of a) the IFDMA technique, b) solutions for the problems it displays, c) experimental results and d) the results from the comparison against the most popular multiple-access techniques. 4. Conclusions, stemming from the study and the comparison of the IFDMA technique with the known multiple-access techniques; possible future prospects.