bsuirДоклады БГУИРDoklady BGUIR1729-76482708-0382БГУИР10.35596/1729-7648-2026-24-4-63-71bsuir-4405Research ArticleСтатьиАдаптивное управление модуляцией в системах связи видимым светом на основе совместного анализа коэффициента Херста и локальной оценки производной отношения сигнал/шум. Часть 1. Теоретические основы и разработка алгоритмаAdaptive Modulation Control in Visible-Light Communication Systems Based on a Joint Analysis of the Hurst Exponent and Local Estimation of the Signal-to-Noise Ratio Derivative. Part 1. Theoretical Foundations and Algorithm DevelopmentСоловьёвА. Н.SalauyouA.

Соловьёв Алексей Николаевич, асп. каф. информационных радиотехнологий

220076, Минск, ул. Ф. Скорины, 8/2

Тел.: + 375 17 360-15-02

Salauyou Aliaksei, Postgraduate of Information Radiotechnologies Department

220076, Minsk, F. Skoriny St., 8/2

alexs.platforma@gmail.comПоловеняС. И.PalaveniaS.

Половеня С. И., канд. техн. наук, доц., декан факультета электросвязи

220076, Минск, ул. Ф. Скорины, 8/2

Palavenia S., Cand. Sci. (Tech.), Associate Professor, Dean of the Faculty of Telecommunications

Minsk

Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроникиБеларусьBelarusian State University of Informatics and RadioelectronicsBelarusБелорусская государственная академия связиБеларусьBelarusian State Academy of CommunicationsBelarus2026300820262446371Copyright © Соловьёв А.Н., Половеня С.И., 20262026Соловьёв А.Н., Половеня С.И.Salauyou A., Palavenia S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://doklady.bsuir.by/jour/article/view/4405

Предложен алгоритм адаптивного управления модуляцией для систем связи видимым светом, использующий совместный анализ коэффициента Херста и локальной оценки производной отношения сигнал/шум. Алгоритм использует асимметричную логику переключения: повышение порядка модуляции разрешается только при одновременном выполнении условий положительной оценки локальной произ- водной и высокой персистентности временного ряда, тогда как понижение осуществляется немедленно при обнаружении направленного ухудшения. Пороговые параметры алгоритма обоснованы путем анализа тепловых карт выигрыша по скорости, построенных для экспериментальных сценариев. Предлагаемый алгоритм обеспечивает уменьшение числа переключений порядка модуляции относительно классического порогового метода в диапазоне от 7,1 до 81,2 % в зависимости от характера динамики канала.

An adaptive modulation control algorithm for visible-light communication systems is proposed. It utilizes a combined analysis of the Hurst exponent and a local estimate of the signal-to-noise ratio derivative. The algorithm utilizes asymmetric switching logic: modulation order upshifts are permitted only when the conditions of a positive local derivative estimate and high time series persistence are simultaneously met, while downshifts are performed immediately upon detection of a directional degradation. The algorithm’s threshold parameters are substantiated by analyzing speed-gain heat maps constructed for experimental scenarios. The proposed algorithm reduces the number of modulation order switches relative to the classical threshold method by 7.1 to 81.2%, depending on the channel dynamics.

адаптивная модуляциясвязь видимым светомкоэффициент Херсталокальная оценка производнойSNRR/S-анализдолговременная память каналаadaptive modulationvisible light communicationHurst exponentlocal derivative estimationSNRR/S analysislong-term channel memoryReferencesKomine, T. Fundamental Analysis for Visible-Light Communication System Using LED Lights / T. Komine, M. Nakagawa // IEEE Transactions on Consumer Electronics. 2004. Vol. 50, No 1. P. 100–107. DOI: 10.1109/TCE.2004.1277847.Komine T., Nakagawa M. (2004) Fundamental Analysis for Visible-Light Communication System Using LED Lights. IEEE Transactions on Consumer Electronics. 50 (1), 100–107. DOI: 10.1109/TCE.2004.1277847.Channel Characteristics of Visible Light Communications Within Dynamic Indoor Environment / P. Chvojka [et al.] // Journal of Lightwave Technology. 2015. Vol. 33, No 9. P. 1719–1725. DOI: 10.1109/JLT.2015.2398894.Chvojka P., Zvanovec S., Haigh P. A., Ghassemlooy Z. (2015) Channel Characteristics of Visible Light Communications Within Dynamic Indoor Environment. Journal of Lightwave Technology. 33 (9), 1719–1725. DOI: 10.1109/JLT.2015.2398894.Половеня, С. И. Исследование атмосферного канала передачи данных непрямой видимости / С. И. Половеня, А. Н. Соловьёв, А. Ф. Корнеева // Проблемы инфокоммуникаций. 2024. № 2 (20). С. 63–70.Palavenia S. I., Salauyou A. N., Karneeva A. F. (2024) Investigation of the Non-Line-of-Sight Atmospheric Data Transmission Channel. Problems of Infocommunications. (2), 63–70 (in Russian).Goldsmith, A. Wireless Communications / A. Goldsmith. Cambridge: Cambridge University Press, 2005. DOI: 10.1017/CBO9780511841224.Goldsmith A. (2005) Wireless Communications. Cambridge, Cambridge University Press Publ. DOI: 10.1017/CBO9780511841224.López-Benítez, M. Performance Analysis of SNR Threshold-Setting Strategies for Adaptive Modulation and Coding Under Fading Channels / M. López-Benítez // Physical Communication. 2018. Vol. 30. P. 154–166. DOI: 10.1016/j.phycom.2018.08.009.López-Benítez M. (2018) Performance Analysis of SNR Threshold-Setting Strategies for Adaptive Modulation and Coding Under Fading Channels. Physical Communication. 30, 154–166. DOI: 10.1016/j.phycom.2018.08.009.Cho, K. On the General BER Expression of One- and Two-Dimensional Amplitude Modulations / K. Cho, D. Yoon // IEEE Transactions on Communications. 2002. Vol. 50, No 7. P. 1074–1080. DOI: 10.1109/TCOMM.2002.800818.Cho K., Yoon D. (2002) On the General BER Expression of One- and Two-Dimensional Amplitude Modulations. IEEE Transactions on Communications. 50 (7), 1074–1080. DOI: 10.1109/TCOMM.2002.800818.Соловьёв, А. Н. Анализ динамики отношения сигнал/шум в канале связи видимым светом с применением коэффициента Херста / А. Н. Соловьёв // Проблемы инфокоммуникаций. 2026. № 1.Salauyou A. N. (2026) Analysis of Signal-to-Noise Ratio Dynamics in a Visible Light Communication Channel Using the Hurst Exponent. Problems of Infocommunications. (1) (in Russian).Saxena, V. N. Machine Learning in Visible Light Communication System: A Survey / V. N. Saxena, V. K. Dwivedi, J. Gupta // Wireless Communications and Mobile Computing. 2023. Vol. 2023. Art. 3950657. DOI: 10.1155/2023/3950657.Saxena V. N., Dwivedi V. K., Gupta J. (2023) Machine Learning in Visible Light Communication System: A Survey. Wireless Communications and Mobile Computing. 2023, 3950657. DOI: 10.1155/2023/3950657.On the Self-Similar Nature of Ethernet Traffic (Extended Version) / W. E. Leland [et al.] // IEEE/ACM Transactions on Networking. 1994. Vol. 2, No 1. P. 1–15. DOI: 10.1109/90.282603.Leland W. E., Taqqu M. S., Willinger W., Wilson D. V. (1994) On the Self-Similar Nature of Ethernet Traffic (Extended Version). IEEE/ACM Transactions on Networking. 2 (1), 1–15. DOI: 10.1109/90.282603.Hurst, H. E. Long-Term Storage Capacity of Reservoirs / H. E. Hurst // Transactions of the American Society of Civil Engineers. 1951. Vol. 116, No 1. P. 770–799. DOI: 10.1061/TACEAT.0006518.Hurst H. E. (1951) Long-Term Storage Capacity of Reservoirs. Transactions of the American Society of Civil Engineers. 116 (1), 770–799. DOI: 10.1061/TACEAT.0006518.Соловьёв, А. Н. Экспериментальная система для исследования канала связи видимым светом на базе SDR / А. Н. Соловьёв // Технологии передачи и обработки информации: материалы Междунар. науч.-техн. семинара. Минск, 2026.Salauyou A. N. (2026) Experimental System for the Investigation of a Visible Light Communication Channel Based on SDR. Technologies of Data Transmission and Processing, Materials of Intern. Scientific and Techn. Seminar. Minsk (in Russian).Скляр, Б. Цифровая связь: теоретические основы и практическое применение / Б. Скляр; пер. с англ.; 2-е изд. М.: Вильямс, 2016.Sklar B. (2016) Digital Communications: Fundamentals and Applications. Moscow, Williams Publ. (in Russian).Лепихин, А. П. К применению показателя (коэффициента) Херста в гидрологии / А. П. Лепихин, Д. И. Перепелица // Географический вестник. 2016. № 4. С. 36–44.Lepikhin A. P., Perepelitsa D. I. (2016) On the Application of the Hurst Exponent (Coefficient) in Hydrology. Geographical Bulletin. (4), 36–44 (in Russian).Anis, A. A. The Expected Value of the Adjusted Rescaled Hurst Range of Independent Normal Summands / A. A. Anis, E. H. Lloyd // Biometrika. 1976. Vol. 63, No 1. P. 111–116.Anis A. A., Lloyd E. H. (1976) The Expected Value of the Adjusted Rescaled Hurst Range of Independent Normal Summands. Biometrika. 63 (1), 111–116.Weron, R. Estimating Long-Range Dependence: Finite Sample Properties and Confidence Intervals / R. Weron // Physica A: Statistical Mechanics and Its Applications. 2002. Vol. 312, No 1. P. 285–299. DOI: 10.1016/S0378-4371(02)00961-5.Weron R. (2002) Estimating Long-Range Dependence: Finite Sample Properties and Confidence Intervals. Physica A: Statistical Mechanics and Its Applications. 312 (1), 285–299. DOI: 10.1016/S0378-4371(02)00961-5.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.