Feasibility Conditions for Mobile LiFi

📄 arXiv: 2312.13045v1 📥 PDF

作者: Shuai Ma, Haihong Sheng, Junchang Sun, Hang Li, Xiaodong Liu, Chen Qiu, Majid Safari, Naofal Al-Dhahir, Shiyin Li

分类: eess.SY

发布日期: 2023-12-20

💡 一句话要点

针对移动LiFi场景，提出信道估计与跟踪方案，验证了多光电二极管配置的可行性。

🎯 匹配领域: 支柱八：物理动画 (Physics-based Animation)

关键词: 移动LiFi 信道估计 信道跟踪 多光电二极管 MIMO 信道相干时间 M-PAM

📋 核心要点

  1. 现有LiFi技术在移动通信支持方面缺乏深入探讨，面临时变信道带来的挑战。
  2. 论文核心在于利用多光电二极管分集，并设计信道估计与跟踪方案来应对移动场景下的信道变化。
  3. 实验结果表明，信道相干时间在几十毫秒量级，MIMO配置下速率可达36Mbit/s，验证了方案的有效性。

📝 摘要（中文）

本文研究了基于实测移动电话旋转和移动数据的移动LiFi时变信道特性。定义了LiFi信道相干时间以评估信道时序的相关性。推导了基于m-脉冲幅度调制(M-PAM)的LiFi传输速率表达式。该表达式表明，使用至少两个具有不同方向的光电二极管(PD)可以实现移动LiFi通信。此外，提出了两种信道估计方案，并提出了一种LiFi信道跟踪方案以提高通信性能。实验结果表明，信道相干时间约为几十毫秒，表明信道相对稳定。基于实测数据，与其他场景相比，多输入多输出(MIMO)场景可以实现更好的通信性能，速率为36Mbit/s。结果还表明，所提出的信道估计和跟踪方案在设计移动LiFi系统时是有效的。

🔬 方法详解

问题定义：论文旨在解决移动LiFi通信中，由于用户移动和设备旋转导致的时变信道问题。现有方法缺乏对移动场景下LiFi信道特性的深入分析，难以有效支持移动通信，导致通信质量下降。

核心思路：论文的核心思路是利用多个具有不同方向的光电二极管(PD)形成分集接收，从而提高接收信号的稳定性和可靠性。同时，通过信道估计和跟踪技术，实时掌握信道状态信息，动态调整传输参数，以适应信道的变化。

技术框架：论文的技术框架主要包括以下几个阶段：1) 基于实测数据建立移动LiFi信道模型；2) 定义LiFi信道相干时间，评估信道时变特性；3) 推导基于M-PAM的LiFi传输速率表达式，分析多PD配置的优势；4) 提出两种信道估计方案和一种信道跟踪方案；5) 通过实验验证所提方案的性能。

关键创新：论文的关键创新在于：1) 首次基于实测数据分析了移动LiFi的信道特性，为移动LiFi系统设计提供了理论依据；2) 提出了基于多PD分集的移动LiFi通信方案，有效提高了通信的可靠性；3) 设计了信道估计和跟踪方案，能够实时适应信道变化，提高通信性能。

关键设计：论文的关键设计包括：1) 采用M-PAM调制方式，平衡了传输速率和复杂度；2) 设计了两种信道估计方案，具体细节未知；3) 提出了一种LiFi信道跟踪方案，具体细节未知；4) 实验中采用了至少两个具有不同方向的光电二极管。

📊 实验亮点

实验结果表明，移动LiFi信道相干时间约为几十毫秒，表明信道具有一定的稳定性。在MIMO配置下，通信速率可达36Mbit/s，显著优于其他配置。所提出的信道估计和跟踪方案能够有效提高移动LiFi系统的通信性能，具体提升幅度未知。

🎯 应用场景

该研究成果可应用于室内移动通信、智能家居、工业自动化等领域。移动LiFi技术能够提供高速、安全、无电磁干扰的无线通信，尤其适用于对电磁环境敏感的场所，如医院、航空电子设备等。未来，随着LiFi技术的不断发展，有望成为6G网络的重要组成部分。

📄 摘要（原文）

Light fidelity (LiFi) is a potential key technology for future 6G networks. However, its feasibility of supporting mobile communications has not been fundamentally discussed. In this paper, we investigate the time-varying channel characteristics of mobile LiFi based on measured mobile phone rotation and movement data. Specifically, we define LiFi channel coherence time to evaluate the correlation of the channel timing sequence. Then, we derive the expression of LiFi transmission rate based on the m-pulse-amplitude-modulation (M-PAM). The derived rate expression indicates that mobile LiFi communications is feasible by using at least two photodiodes (PDs) with different orientations. Further, we propose two channel estimation schemes, and propose a LiFi channel tracking scheme to improve the communication performance. Finally, our experimental results show that the channel coherence time is on the order of tens of milliseconds, which indicates a relatively stable channel. In addition, based on the measured data, better communication performance can be realized in the multiple-input multiple-output (MIMO) scenario with a rate of 36Mbit/s, compared to other scenarios. The results also show that the proposed channel estimation and tracking schemes are effective in designing mobile LiFi systems.