Published May 20, 2022 | Version v1
Publication Open

Theoretical and Experimental Analysis of LED Lamp for Visible Light Communications

Creators

  • 1. Universidade Tecnológica Federal do Paraná
  • 2. Instituto de Telecomunicações
  • 3. University of Aveiro

Description

Abstract Visible light communications (VLC) are an emerging technology that uses light-emitting diodes (LEDs) and photodiodes to provide high-speed communication between devices employing the visible light spectrum. Taking advantage of a large unregulated spectrum with capacity for gigabit per second data rates, VLC has the potential to enable the more recent and future telecommunications technologies, such as IoT, 5G and beyond, to unlock their full capabilities, either acting as a sole solution or supporting traditional radiofrequency communications. One of the goals of VLC is to employ illumination LEDs as access points. In this paper we analyze the communication and illumination performance of an LED lamp. Both theoretical and experimental analysis are conducted and results compared. Theoretical analysis are conducted with VLC mathematical model and also with ray-tracing simulations employing the a commercial software. We show that the LED lamp is capable of providing both communication and illumination simultaneously under the proposed scenario. Our results present strong correlation between theoretical and experimental results, indicating that the theoretical model is robust.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

الملخص اتصالات الضوء المرئي (VLC) هي تقنية ناشئة تستخدم الصمامات الثنائية الباعثة للضوء (LED) والصمامات الثنائية الضوئية لتوفير اتصال عالي السرعة بين الأجهزة التي تستخدم طيف الضوء المرئي. بالاستفادة من الطيف الترددي الكبير غير المنظم مع القدرة على معدلات بيانات جيجابت في الثانية، يتمتع VLC بالقدرة على تمكين تقنيات الاتصالات الحديثة والمستقبلية، مثل إنترنت الأشياء و 5G وما بعدها، من إطلاق قدراتها الكاملة، إما كحل وحيد أو دعم اتصالات الترددات الراديوية التقليدية. يتمثل أحد أهداف VLC في استخدام مصابيح LED للإضاءة كنقاط وصول. نحلل في هذه الورقة أداء الاتصال والإضاءة لمصباح LED. يتم إجراء كل من التحليل النظري والتجريبي ومقارنة النتائج. يتم إجراء التحليل النظري باستخدام نموذج رياضي VLC وأيضًا باستخدام محاكاة تتبع الأشعة باستخدام برنامج تجاري. نظهر أن مصباح LED قادر على توفير كل من الاتصال والإضاءة في وقت واحد في ظل السيناريو المقترح. تقدم نتائجنا ارتباطًا قويًا بين النتائج النظرية والتجريبية، مما يشير إلى أن النموذج النظري قوي.

Translated Description (French)

Les communications par lumière visible (VLC) sont une technologie émergente qui utilise des diodes électroluminescentes (LED) et des photodiodes pour fournir une communication à grande vitesse entre les dispositifs utilisant le spectre de la lumière visible. Tirant parti d'un large spectre non réglementé avec une capacité de débits de données de l'ordre du gigabit par seconde, VLC a le potentiel de permettre aux technologies de télécommunications plus récentes et futures, telles que l'IoT, la 5G et au-delà, de débloquer toutes leurs capacités, soit en agissant comme une solution unique, soit en prenant en charge les communications radiofréquences traditionnelles. L'un des objectifs de VLC est d'utiliser des LED d'éclairage comme points d'accès. Dans cet article, nous analysons les performances de communication et d'éclairage d'une lampe LED. Des analyses théoriques et expérimentales sont menées et les résultats comparés. L'analyse théorique est menée avec le modèle mathématique VLC et également avec des simulations de lancer de rayons utilisant le logiciel commercial. Nous montrons que la lampe LED est capable de fournir à la fois la communication et l'éclairage simultanément dans le scénario proposé. Nos résultats présentent une forte corrélation entre les résultats théoriques et expérimentaux, indiquant que le modèle théorique est robuste.

Translated Description (Spanish)

Resumen Las comunicaciones por luz visible (VLC) son una tecnología emergente que utiliza diodos emisores de luz (LED) y fotodiodos para proporcionar una comunicación de alta velocidad entre dispositivos que emplean el espectro de luz visible. Aprovechando un gran espectro no regulado con capacidad para velocidades de datos de gigabits por segundo, VLC tiene el potencial de permitir que las tecnologías de telecomunicaciones más recientes y futuras, como IoT, 5G y más allá, desbloqueen todas sus capacidades, ya sea actuando como una solución única o apoyando las comunicaciones de radiofrecuencia tradicionales. Uno de los objetivos de VLC es emplear LEDs de iluminación como puntos de acceso. En este trabajo analizamos el rendimiento de comunicación e iluminación de una lámpara LED. Se realizan análisis tanto teóricos como experimentales y se comparan los resultados. El análisis teórico se realiza con un modelo matemático VLC y también con simulaciones de trazado de rayos que emplean un software comercial. Mostramos que la lámpara LED es capaz de proporcionar comunicación e iluminación simultáneamente en el escenario propuesto. Nuestros resultados presentan una fuerte correlación entre los resultados teóricos y experimentales, lo que indica que el modelo teórico es robusto.

Files

s11277-022-09720-z.pdf.pdf

Files (1.8 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:0f273fef498ac74275a1db96cebd7aee
1.8 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
التحليل النظري والتجريبي لمصباح LED لاتصالات الضوء المرئي
Translated title (French)
Analyse théorique et expérimentale de la lampe LED pour les communications par lumière visible
Translated title (Spanish)
Análisis teórico y experimental de la lámpara LED para comunicaciones de luz visible

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4280631764
DOI
10.1007/s11277-022-09720-z

Is supplement to
https://openalex.org/W3195796671 (Other)
https://openalex.org/W3154767425 (Other)
https://openalex.org/W2997630107 (Other)
https://openalex.org/W2587227857 (Other)
https://openalex.org/W2501797479 (Other)
https://openalex.org/W2078192618 (Other)
https://openalex.org/W2052505308 (Other)
https://openalex.org/W2016045621 (Other)
https://openalex.org/W1979835924 (Other)
https://openalex.org/W1938994607 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Brazil

References

  • https://openalex.org/W1977838976
  • https://openalex.org/W1984649364
  • https://openalex.org/W2028078039
  • https://openalex.org/W2105580634
  • https://openalex.org/W2105935781
  • https://openalex.org/W2136405911
  • https://openalex.org/W2144644352
  • https://openalex.org/W2294612870
  • https://openalex.org/W2336491352
  • https://openalex.org/W2337553853
  • https://openalex.org/W2339545726
  • https://openalex.org/W2507799007
  • https://openalex.org/W2787387441
  • https://openalex.org/W2791124749
  • https://openalex.org/W2909557065
  • https://openalex.org/W2928252763
  • https://openalex.org/W2980356457
  • https://openalex.org/W3007857071
  • https://openalex.org/W4235364725