In this article, we propose and experimentally demonstrate the full-duplex channel-aware adaptive physical-layer network (APNC) coding over orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) based visible light communication (VLC) to boost the capacity of relay-assisted VLC networks. The network encoding is realized by detecting signals coming from different terminal nodes simultaneously with a single photodiode at the relay node, which then achieves the amplify-and-forward function. At the receiver of each terminal node, the desired signal can be reconstructed by applying the corresponding APNC decoding to the detected interfered signal from the relay node. The use of adaptively loaded OFDM not only addresses the inherent frequency fading issue in VLC systems but also relaxes the synchronization issue at the relay node. The detailed principles of the proposed full-duplex channel-aware APNC scheme are presented, and its performance is experimentally investigated in a two-way-relay (TWR) VLC network. Experimental results show that the proposed scheme exhibits superior BER performance to other existing network scheduling schemes. For a TWR-VLC network with a fixed 600-Mb/s throughput, we achieve around two orders of magnitude reductions in the bit-error-rate (BER) by using the proposed channel-aware APNC scheme compared to other schemes, and BERs of 3.96 × 10−4 and 5.32 × 10−4 are attained for the two transmission links in the TWR network, respectively.

中文翻译：

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基于中继辅助 OFDM-VLC 网络的信道感知自适应物理层网络编码

在本文中，我们提出并实验证明了基于正交频分复用 (OFDM) 的可见光通信 (VLC) 上的全双工信道感知自适应物理层网络 (APNC) 编码，以提高中继辅助 VLC 网络的容量. 网络编码是通过中继节点处的单个光电二极管同时检测来自不同终端节点的信号来实现的，从而实现放大转发功能。在每个终端节点的接收器处，可以通过将相应的 APNC 解码应用于检测到的来自中继节点的干扰信号来重建所需信号。自适应加载 OFDM 的使用不仅解决了 VLC 系统中固有的频率衰落问题，而且还缓解了中继节点的同步问题。提出了所提出的全双工信道感知 APNC 方案的详细原理，并在双向中继 (TWR) VLC 网络中对其性能进行了实验研究。实验结果表明，所提出的方案表现出优于其他现有网络调度方案的误码率性能。对于具有固定 600-Mb/s 吞吐量的 TWR-VLC 网络，与其他方案相比，我们通过使用所提出的信道感知 APNC 方案将误码率 (BER) 降低了大约两个数量级，并且 BER TWR 网络中的两条传输链路分别达到 3.96 × 10-4 和 5.32 × 10-4。实验结果表明，所提出的方案表现出优于其他现有网络调度方案的误码率性能。对于具有固定 600-Mb/s 吞吐量的 TWR-VLC 网络，与其他方案相比，我们通过使用所提出的信道感知 APNC 方案将误码率 (BER) 降低了大约两个数量级，并且 BER TWR 网络中的两条传输链路分别达到 3.96 × 10-4 和 5.32 × 10-4。实验结果表明，所提出的方案表现出优于其他现有网络调度方案的误码率性能。对于具有固定 600-Mb/s 吞吐量的 TWR-VLC 网络，与其他方案相比，我们通过使用所提出的信道感知 APNC 方案将误码率 (BER) 降低了大约两个数量级，并且 BER TWR 网络中的两条传输链路分别达到 3.96 × 10-4 和 5.32 × 10-4。