Probabilistic Constellation Shaping for Enhancing Spectral Efficiency in NOMA VLC Systems

诺玛 星座 概率逻辑 计算机科学 可见光通信 电信 人工智能 电信线路 物理 光学 天文 发光二极管
作者
Amanat Kafizov,Ahmed Elzanaty,Mohamed‐Slim Alouini
出处
期刊:IEEE Transactions on Wireless Communications [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:23 (8): 9958-9971 被引量:1
标识
DOI:10.1109/twc.2024.3367442
摘要

The limited modulation bandwidth of the light emitting diodes (LEDs) presents a challenge in the development of practical high-data-rate visible light communication (VLC) systems. In this paper, a novel adaptive coded probabilistic shaping (PS)-based nonorthogonal multiple access (NOMA) scheme is proposed to improve spectral efficiency (SE) of VLC systems in multiuser uplink communication scenarios. The proposed scheme adapts its rate to the optical signal-to-noise ratio (OSNR) by utilizing non-uniformly distributed discrete constellation symbols and low complexity channel encoder. Furthermore, an alternate optimization algorithm is proposed to determine the optimal channel coding rate, constellation spacing, and probability mass function (PMF) of each user. The extensive numerical results show that the proposed PS-based NOMA scheme closely approaches the capacity of NOMA with fine granularity. Presented results demonstrate the effectiveness of our scheme in improving the SE of VLC systems in multiuser scenarios. For instance, our scheme exhibits substantial SE gains over existing schemes, namely, the pairwise coded modulation (PCM), geometric shaping (GS), and uniform-distribution schemes. These findings highlight the potential of our approach to significantly enhance VLC systems.
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