Optical wireless communication (OWC) systems with multiple light-emitting diodes (LEDs) have recently been explored to support energy-limited devices via simultaneous lightwave information and power transfer (SLIPT). The energy consumption, however, becomes considerable by increasing the number of incorporated LEDs. This paper proposes a joint dimming (JD) scheme that lowers the consumed power of a SLIPT-enabled OWC system by controlling the number of active LEDs. We further enhance the data rate of this system by utilizing rate splitting multiple access (RSMA). More specifically, we formulate a data rate maximization problem to optimize the beamforming design, LED selection and RSMA rate adaptation that guarantees the power budget of the OWC transmitter, as well as the quality-of-service (QoS) and an energy harvesting level for users. We propose a dynamic resource allocation solution based on proximal policy optimization (PPO) reinforcement learning. In simulations, the optimal dimming level is determined to initiate a trade-off between the data rate and power consumption. It is also verified that RSMA significantly improves the data rate.


翻译:近年来,基于多发光二极管(LED)的光学无线通信(OWC)系统通过同时光载信息与功率传输(SLIPT)技术,被探索用于支持能量受限设备。然而,随着集成LED数量的增加,系统能耗显著上升。本文提出一种联合调光(JD)方案,通过控制激活LED的数量来降低支持SLIPT的OWC系统的功耗。进一步地,我们利用速率分割多址(RSMA)技术提升系统数据速率。具体而言,我们构建了一个数据速率最大化问题,以优化波束赋形设计、LED选择及RSMA速率适配,同时确保OWC发射机的功率预算、用户服务质量(QoS)及能量收集水平。我们提出一种基于近端策略优化(PPO)强化学习的动态资源分配方案。仿真中,通过确定最优调光水平来权衡数据速率与功耗之间的关系,并验证了RSMA可显著提升数据速率。

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