Kullanıcı merkezli görünür ışık haberleşmesi
User-centric visible light communication
Yazar: KARDELEN HORUNLU
Danışman: DOÇ. DR. YASİN ÇELİK
Aksaray Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Haberleşme Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Kablosuz iletişim teknolojileri genellikle RF bandını kullanır, ancak RF spektrumu günümüzde oldukça yoğundur. Bu nedenle, Görünür Işık İletişimi (VLC), RF sistemlerine ek veya alternatif bir çözüm olarak değerlendirilmektedir. VLC'de, LED'ler ve fotodedektörler (PD) aracılığıyla iletişim sağlanır ve modüle edilmiş sinyaller pozitif ve gerçek değerlidir. Bu durum bazı RF tekniklerinin VLC'ye uygulanmasını engeller. Optik bant genişliği birkaç Terahertz (THz), elektriksel bant genişliği ise birkaç Megahertz (MHz) seviyesindedir. Bu sistemlerde düşük elektrik bant genişliğinin sınırladığı veri hızlarını artırmak için Çok Girişli Çok-Çıkışlı (MIMO) teknikler kullanılmaktadır. İç mekân aydınlatması için tercih edilen çoklu LED yapısı, MIMO tekniklerinin VLC'de kullanımını destekler.
İç mekân MIMO-VLC sistemlerinde kanal korelasyonu, performansı önemli ölçüde etkiler. Doğrudan görüş hattı (LoS) senaryolarında kanallar yüksek derecede ilintili olup, sinyal çözümlemesini zorlaştırarak sistem performansını düşürür. Bu zorlukların üstesinden gelmek için çeşitli yaklaşımlar önerilmiştir. Kullanıcı konumu, kanal korelasyonu açısından kritik öneme sahiptir. Geleneksel MIMO teknikleri değişen kanal korelasyonuna göre düzenlenerek kullanıcı konumuna göre uyarlanabilir teknikler geliştirilmiştir. Bu bağlamda üç MIMO tekniği önerilmektedir: Uzamsal Çeşitleme/Uzamsal Çoğullama (SD/SMP) geçişi, uyarlanabilir SMP (aSMP) ve SD destekli uyarlanabilir SMP (SD-aSMP). Açısal Çeşitlemeli Alıcı (ADR) yapısı, PD'lerin farklı yönlendirmelere sahip olmasıyla kanal korelasyonunu azaltır. MIMO-VLC sistemlerde kanal korelasyonunu dikkate alan teknikler ve alıcı yapıları genellikle ayrı incelenmiştir. Bu tezde, Piramit ADR ve Genelleştirilmiş ADR (GADR) yapısı, kullanıcı merkezli MIMO teknikleriyle birlikte incelenmiş ve değişen LED sayısı, PD sayısı, ADR parametreleri için performans analizleri yapılmıştır.

Abstract:
Wireless communication technologies typically use the RF band, but the RF spectrum is highly congested nowadays. Therefore, LED-based Visible Light Communication (VLC) is considered as an additional or alternative solution to RF systems. VLC provides communication through LEDs and photodetectors (PD), operating within the visible part of the electromagnetic spectrum. The modulation techniques in VLC are positive and real-valued, which prevents the direct application of some RF techniques. The optical bandwidth for VLC is in the range of several Terahertz (THz), while the electrical bandwidth is in the range of several Megahertz (MHz). Multiple Input Multiple Output (MIMO) techniques are used to increase data rates limited by the low electrical bandwidth. The use of multiple LEDs, preferred for indoor lighting, supports the application of MIMO techniques in VLC.
In indoor MIMO-VLC systems, channel correlation significantly impacts performance. In line-of-sight (LoS) scenarios, channels are highly correlated due to the lack of multipath components, hindering signal resolution and reducing system performance. Various approaches have been proposed in the literature to overcome these challenges. The user's position is crucial regarding the level of channel correlation. Traditional MIMO techniques have been optimized according to varying channel correlations, resulting in user position-adaptive techniques. Three MIMO techniques are proposed in this context: Spatial Diversity/Spatial Multiplexing (SD/SMP) transition, adaptive SMP (aSMP), and SD-assisted adaptive SMP (SD-aSMP). The Angular Diversity Receiver (ADR) structure, where PDs have different orientations, is another approach to reduce channel correlation. Techniques and receiver structures that consider channel correlation in MIMO-VLC systems have typically been studied separately. In this thesis, the Pyramid ADR and Generalized ADR (GADR) structures are examined together with user-centric MIMO techniques, and detailed performance analyses are conducted for varying numbers of LEDs, PDs, and ADR parameters.