Görünür ışık haberleşme sistemleri için ortogonal dönüşüm tabanlı yeni bir DC eklemesiz optik OFDM tasarımı
A new DC additionless optical OFDM design based on orthogonal conversion for visible light communication systems
Yazar: ELİF NUR AYVAZ
Danışman: PROF. DR. ALİ ÖZEN
Nuh Naci Yazgan Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Gelişmekte olan teknolojiler ve bilgiye hızlı erişim ihtiyacı sebebiyle kablosuz mobil haberleşmeye ayrılan radyo frekans (radio-frequency) bantları hemen dolmakta ve RF bandının üst sınırlarına yaklaşmaktadır. Dolayısıyla, 5G sistemleri için ayarlanacak olası frekans bantlarının üzerinde daha yüksek frekans bantlarında çalışmanın fazlasıyla güç veya olanaksız hale gelmesi kaçınılmaz olacaktır. Bu durumda yeni bir teknolojiye ihtiyaç vardır. Radyo frekans teknolojisine dikgen (ortogonal) bir haberleşme sistemi olan görünür ışık haberleşme (Visible Light Communication, VLC) sistemleri alternatif olarak tercih edilebilmektedir.
Görünür ışık haberleşmesinde, veri transferi ve oda aydınlatması için ışık saçan diyotlar (Light Emitting Diode, LED) tercih edilir. Işık bağlantısı (Light Fidelity, LiFi) olarak adlandırılan VLC'nin tamamen ağ bağlantılı versiyonu, RF tabanlı kablosuz bağlantı (Wireless Fidelity, WiFi) için tamamlayıcı bir çözüm olarak kabul edilir. VLC'deki verileri kodlamak için, dikgen frekans bölmeli çoğullama (Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM) kullanılır. OFDM yüksek veri hızları sağlar ve sembollerarası girişime (Intersymbol Interference, ISI) dayanıklıdır. OFDM sembolleri iki kutupludur. Bu nedenle, OFDM yoğunluk modülasyonu ve doğrudan sezim (Intensity Modulation/Direct Detection, IM/DD) için kullanılabilir hale getirmek için tek kutuplu hale dönüştürülmelidir. OFDM'nin tek kutuplu formlarından bazıları doğru akım (Direct Current, DC) eklemeli optik OFDM (DCO-OFDM), asimetrik olarak kırpılmış optik OFDM (ACO-OFDM), DC eklemeli olmayan optik OFDM (NDC-OFDM),dir.
Bu yüksek lisans tez çalışmasında, MIMO ve VLC-OFDM tabanlı özgün iletim tekniklerinin başarımlarını iyileştirmek üzerine yapılan çalışmalarda, NDC-O-OFDM sisteminin performansını daha da yukarılara çıkartabilmek için maliyeti fazla olmayan ortogonal dönüşümlerden olan Lifting dalgacık dönüşümü tabanlı yeni bir DC eklemesiz optik OFDM (LWT-NDC-O-OFDM) sistemi önerilmektedir. Önerilen bu sistemde MIMO teknolojisi kullanılmış ve karmaşık OFDM işaretleri pozitif-negatif ve gerçel-sanal kısımlarına ayrılarak işaretlerin MIMO-VLC kanal üzerinden iletilmesi gerçekleştirilmiştir. Önerilen sistemin literatürdeki mevcut sistemlere kıyasla daha başarılı sonuçlar verdiği görülmüştür.

Abstract:
Due to the developing technologies and the need for fast access to information, the radio frequency bands reserved for wireless mobile communication are rapidly filling up and approaching the upper limits of the RF band. Therefore, it will inevitably become too difficult or impossible to operate in higher frequency bands above the possible frequency bands to be adjusted for 5G systems. In this case, a new technology is needed. Visible Light Communication (VLC) systems, which is a communication system orthogonal to RF technology, can be preferred as an alternative.
In visible light communication, light emitting diodes (Light Emitting Diode, LED) are preferred for data transfer and room lighting. The fully networked version of VLC, called Light Fidelity, LiFi, is considered a complementary solution for RF-based wireless connectivity (Wireless Fidelity, WiFi). Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) is used to encode data in VLC. OFDM provides high data rates and is resistant to Intersymbol Interference (ISI). However, OFDM symbols are complex and bipolar. Therefore, OFDM symbols need to be converted to real and unipolar in order to be used for intensity modulation and direct detection (Intensity Modulation/Direct Detection, IM/DD). Some of the unipolar forms of OFDM are direct current (Direct Current, DC) biased optical OFDM (DCO-OFDM), asymmetrically clipped optical OFDM (ACO-OFDM), and non-DC biased optical OFDM (NDC-O-OFDM).
In this master's thesis, in studies on improving the performance of MIMO and VLC-OFDM-based original transmission techniques, in order to further increase the performance of the NDC-O-OFDM system, a new DC biasless optical OFDM based on Lifting wavelet transform (LWT-NDC-O-OFDM) system is recommended. In this proposed system, MIMO technology is used and complex OFDM signals are divided into positive-negative and real-imaginary parts and the signals are transmitted over the MIMO-VLC channel. It has been seen that the proposed system gives more successful results compared to the existing systems in the literature.