M-csk modüleli dco-ofdm sistemlerinin başarımını arttırmak için kanal kodlamatekniklerinin kullanılması
Used channel coding techniques to improve the success of m-csk modulated dco-ofdm systems
Yazar: GAZİHAN AYKIRI
Danışman: DOÇ. DR. ALİ ÖZEN
Nuh Naci Yazgan Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Anahtarlama = Switching ; Görünür ışık iletişimi = Visible light communication ; Kanal kodlama = Channel coding ; OFDM = Orthogonal frequency division multiplexing

Özet:
Son yıllarda yüksek hızda telsiz haberleşme teknolojilerine duyulan gereksinim artmaktadır. Kontrolsüz radyasyon, sınırlı bant genişliği, düzenlenmiş frekans bantları vb. dezavantajlar radyo frekansı (RF) iletişim sistemlerini sınırlamaktadır. Gezgin kullanıcıların hızla artan nüfusu sebebiyle, RF'e dayalı telsiz haberleşme, ciddi bir spektrum problemiyle karşı karşıyadır. RF iletişimleriyle karşılaştırıldığında, görünür ışık iletişimi (VLC), iletim ortamı olarak görünür ışık spektrumunda daha yüksek frekans bantlarını kullanır. Geniş spektrum, yüksek enerji verimliliği ve düşük elektromanyetik parazit ile görünür ışık iletişimi, 5G ve ötesi telsiz iletişimi için aday bir teknik olarak büyük ilgi çekmektedir. RF haberleşme sistemlerinin alternatifi ve tamamlayıcı bir teknolojisi olarak görülen VLC, gelecek vadeden yeni nesil bir sistem olarak doğmuştur. VLC hem ışıklandırma hem de haberleşme amaçları için ışık yayan diyotların (LED'ler) ortak kullanımına dayanır. VLC sistemlerinde, doğrudan algılamalı yoğunluk modülasyonu (IM/DD) kullanılır ve sonuç olarak gönderilen sinyaller tek kutuplu olmalıdır. Dikgen frekans bölmeli çoğullama (OFDM), yüksek data hızı ve düşük simgeler arası girişim sağlayabilen verimli ve çok taşıyıcılı bir modülasyon yöntemidir. OFDM, avantajlarından dolayı hem kablolu hem de kablosuz uygulamalarda kullanılmaktadır. Ancak, OFDM simgeleri tek kutuplu olmadığından klasik OFDM sistemi VLC sisteminde kullanılamaz. Bu nedenle tek kutuplu OFDM sisteminin kurulması gerekmektedir. Araştırma literatüründe VLC sistemlerinde DC ön-gerilim eklemeli optik OFDM (DCO-OFDM), darbe genlik modülasyonlu ayrık çok tonlu (PAM-DMT) modülasyon, asimetrik olarak kırpılmış optik OFDM (ACO-OFDM), Flip-OFDM vb. gibi çeşitli tek kutuplu OFDM teknikleri önerilmiştir.
Bununla birlikte, VLC sistemleri yukarıda bahsedilen pek çok avantajlarına karşılık titreşim problemi gibi bir dezavantaj ile karşı karşıyadır. Bu dezavantajı ortadan kaldırmak için literatürde yapılan pek çok araştırma mevcuttur. Önerilen bu yüksek lisans tezi çalışması kapsamında, IEEE 802.15.7 standartında da belirtildiği gibi, titreşim problemi yok denecek kadar az olan M-li renk kaydırmalı anahtarlama (M-CSK) modülasyonu ile M-li karesel genlik modülasyonu (M-QAM) gibi modülasyon tekniklerinin optik OFDM sistemlerinden DCO-OFDM iletişim sisteminin performansı üzerine etkileri karşılaştırmalı olarak analiz edilmektedir. DCO-OFDM sisteminin M-CSK modülasyonu ile birleştirilmesi (M-CSK DCO-OFDM) literatürde ilk kez bu yüksek lisans tez çalışmasında önerilmiştir. Bunlara ek olarak, hem M-CSK hem de M-QAM modüleli DCO-OFDM sistemlerinin performanslarını arttırmak için 1/2 oranlı katlamalı kodlayıcı ve Reed Solomon kodlayıcı gibi kanal kodlama tekniklerinin kullanılması önerilmektedir. Bit hata oranı (BER) ve tepe ortalama güç oranı (PAPR) performans ölçütleri için önerilen yöntemler bilgisayar benzetimleri ile test edilmektedir. Bilgisayar benzetimleri toplanır beyaz Gauss gürültülü (AWGN) kanal ve düz sönümlemeli optik LOS kanal ortamında gerçekleştirilmiştir. Elde edilen sonuçlardan, M-CSK modüleli optik haberleşme sistemleri ile M-QAM modüleli optik haberleşme sistemlerinin benzer performanslara sahip olduğu anlaşılmaktadır.

Abstract:
In recent years, the need for high speed wireless communication systems has been increasing. Uncontrolled radiation, limited bandwidth, regulated frequency bands, etc. disadvantages limit radio frequency (RF) communication systems. Due to the rapidly growing population of mobile users, RF-based radio communication is facing a serious spectrum problem. Compared to RF communications, visible light communications (VLC) utilizes higher frequency bands in the visible light spectrum as the transmission medium. Visible light communication with broad spectrum, high energy efficiency and low electromagnetic interference is of great interest as a candidate technique for 5G and beyond radio communications. Seen as an alternative and complementary technology to RF communication systems, VLC was born as a promising new generation system. VLC relies on the common employ of light-emitting diodes (LEDs) for both lighting and communication purposes. In VLC systems, direct sensing intensity modulation (IM/DD) is utilized and as a result the transmitted symbols must be unipolar. Orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) is an efficient multi-carrier modulation method that can give high data rate and low inter-symbol interference. OFDM is used in both wired and wireless implementations due to its advantages. However, the traditional OFDM system cannot be used in the VLC system, as OFDM symbols are not unipolar. Therefore, it is necessary to install a unipolar OFDM system. In the research literature, various unipolar OFDMs such as DC bias-added optical OFDM (DCO-OFDM), pulse amplitude modulated discrete multitone (PAM-DMT) modulation, asymmetrically clipped optical OFDM (ACO-OFDM), Flip-OFDM, etc. techniques have been suggested.
However, despite the many advantages mentioned above, VLC systems face a disadvantage such as flicker problem. There are many studies in the literature to eliminate this disadvantage. Within the scope of this proposed master's dissertation study, the effects of modulation methods, such as M-ary quadrature amplitude modulation (M-QAM) with M-ary color shift keying (M-CSK) modulation, which has little to no flicker problem, specified in the IEEE 802.15.7 Standard, on the performance of DCO-OFDM communication system, which is one of the optical OFDM systems, are analyzed comparatively. Combining the DCO-OFDM system with M-CSK modulation (M-CSK DCO-OFDM) was proposed for the first time in the literature in this master's thesis. In addition, it is recommended to use channel coding techniques such as 1/2 rate convolutional encoder and Reed Solomon encoder to improve the performance of both M-CSK and M-QAM modulated DCO-OFDM systems. The proposed methods for bit error rate (BER) and peak average power ratio (PAPR) performance measures are tested with computer simulations. Computer simulations are performed in an additive white Gaussian noise (AWGN) channel and a flat fading optical LOS channel environment. From the obtained results, it is understood that M-CSK modulated optical communication systems and M-QAM modulated optical communication systems have similar performances.