Raylı ulaşım sistemleri için uyarlanabilir bir kablosuz iletişim yöntemi tasarımı
An adaptive wireless communications method design for rail transportation systems
Yazar: ALİ OSMAN SARNIK
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ AHMET YAZAR
Eskişehir Osmangazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Telekomünikasyon  - Sinyal İşleme Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Raylı ulaşım sistemleri arasından yüksek hızlı tren (YHT) ulaşımı güzergahlarında tren içerisindeki yolcuların kablosuz iletişim ihtiyaçlarının karşılanmasında çeşitli zorluklar yaşanabilmektedir. Yolcuların kablosuz iletişim ihtiyaçları arttıkça bu zorluklar daha fazla problemi beraberinde getirmektedir. Yüksek hızlı trenlerin yüksek hızlara çıkmasından kaynaklı olarak ve bu trenlerin güzergahlarındaki arazi şartlarının zor olabilmesi sebebiyle kablosuz iletişim kanalının olumsuz etkilerinde artış meydana gelebilmektedir. Beşinci Nesil (5G) sistemleri gibi yeni nesil haberleşme altyapıları, iletişim problemlerine karşı daha fazla esnek ve uyarlanabilir çözümler getirme eğiliminde olmaktadır. Bu çalışmada ise, yüksek hızlı trenlerde yolcuların kablosuz iletişim ihtiyaçları göz önünde bulundurularak, çevre farkında olacak şekilde özgün bir uyarlanabilir modülasyon yöntemi önerilmektedir. Yöntem kapsamında, çevre koşulları ve kullanıcı ihtiyaçlarına bağlı olarak bir modülasyon kümesinden en uygun teknik otomatik olarak önerilmektedir. Dolayısıyla, modülasyon tipi ve derecesi bu çalışmada geliştirilen yöntemle seçtirilebilmektedir. Sistem girdisi olarak, yolcu yoğunluğu, kullanıcı yoğunluğu, hava durumu şartları, arazi şartları ve yüksek hızlı trenin anlık hızı kullanılmaktadır. Bu girdilerden, en az ne kadar spektral verimlilik sağlanmalı ve en az ne kadar kesintisiz iletişim sağlanmalı olmak üzere iki tane soruya cevap olarak temel öznitelik çıkarımı yapılmaktadır. En nihayetinde iki öznitelik ve sinyal-gürültü oranı (SNR) ölçüm değeri bilgisi kullanılarak modülasyon tipi ve derecesi uyarlanabilir şekilde belirlenmektedir. QPSK, 16-QAM ve 64-QAM modülasyon tipleri ve dereceleri geliştirilen yöntem kapsamında test edilmiştir. Alınan sonuçlarda, çevresel etkenlere ve trendeki aktif yolcuların yani kullanıcıların kablosuz iletişim ihtiyaçlarına göre en uygun modülasyon tipi ve derecesinin başarılı şekilde belirlenebildiği görülmektedir.

Anahtar Kelimeler: 5G, Çevresel farkındalık, Esnek sistem tasarımı, Kablosuz iletişim, Kesintisiz haberleşme, Raylı ulaşım sistemleri, Uyarlanabilir modülasyon

Abstract:
Among the rail transportation systems, various difficulties may be experienced in meeting the wireless communication needs of passengers in the train on the routes of high-speed trains. As passengers' wireless communication needs increase, these difficulties bring about more problems. Due to the high speeds of high-speed trains and the difficult terrain conditions on the routes of these trains, the negative effects of the wireless communication channel may increase. New generation communication infrastructures, such as "Fifth Generation" (5G) systems, tend to bring more flexible and adaptable solutions to communication problems. In this study, a unique adaptive modulation method is proposed to be environmentally aware, taking into account the wireless communication needs of passengers in high-speed trains. Within the scope of the method, the most appropriate technique from a set of modulations is automatically suggested, depending on environmental conditions and user needs. Therefore, the modulation type and degree can be selected with the method developed in this study. As system input, passenger density, usage density, weather conditions, terrain conditions and instantaneous speed of the high-speed train are used. From these inputs, basic features are extracted in response to two questions: how much spectral efficiency should be achieved and how much uninterrupted communication should be provided. Ultimately, the type and degree of modulation are determined adaptively using the two features and the signal-to-noise ratio (SNR) measurement value information. QPSK, 16-QAM and 64-QAM modulation types and degrees were tested within the scope of the developed method. The results show that the most appropriate modulation type and degree can be successfully determined, according to environmental factors and wireless communication needs of the active passengers users in the train.

Keywords: 5G, Environmental awareness, Flexible system design, Wireless communication, Uninterrupted communication, Rail transportation systems, Adaptive modulation