Görünür ışık haberleşmesi için çoklu erişim yöntemleri
Multiple access methods for visible light communication
Yazar: YASİN ALTUNBAŞ
Danışman: PROF. DR. KADİR TÜRK
Karadeniz Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Görünür ışık iletişimi = Visible light communication

Özet:
Görünür ışık haberleşmesi (Visible Light Communication, VLC), görünür banttaki ışığı hem iletişim hem de aydınlatma için kullanan bir kısa menzilli kablosuz optik haberleşme türüdür. VLC sistemlerinin çoğunda verici olarak tercih edilen ışık yayan diyotlar (Light Emitting Diode, LED) iletişim hızını sınırlamaktadır. Gelecek nesil haberleşme standartlarında yer alması beklenen VLC sistemlerin yüksek veri hızlarına ulaşabilmesi ve çoklu erişimi (Multiple Access, MA) desteklemesi gerekmektedir. Bu tez çalışmasında kapalı mekân VLC sistemler için, toplam veri iletişim hızını da yükselten MA yöntemleri incelenmiş ve dikgen olmayan çoklu erişim (Non-Orthogonal Multiple Access, NOMA), hız bölmeli çoklu erişim (Rate Splitting Multiple Access, RSMA) yöntemleri için geliştirmeler önerilmiştir. NOMA yönteminde elde edilen bulgularda, hesaplamalar sırasında literatürdeki birçok çalışmada dikkate alınmayan adillik ve aydınlatma gibi çeşitli kısıtlamalar kullanılmıştır. Bu kısıtlamaların birbirlerine ve toplam veri iletim hızına etkisi ortaya koyulmuştur.  Geleneksel güç tahsis yöntemlerine göre önerilen meta-sezgisel algoritmaların toplam veri iletim hızı performansına göre üstünlüğü gösterilmiştir. RSMA yönteminde elde edilen bulgularda, RSMA'nın daha düşük karmaşıklıkla NOMA'ya çok yakın performans sergilediği gösterilmiştir. Ayrıca, toplam veri iletim hızı bakımından RSMA ve NOMA'nın, dikgen çoklu erişime (Orthogonal Multiple Access, OMA) üstünlüğü gösterilmiştir. RSMA, NOMA ve uzamsal çoklu erişimin (Space Division Multiple Access, SDMA) adillik kısıtlaması altında veri iletim hızları açısından avantajları ve sınırlamaları ortaya koyulmuştur. Son olarak, RSMA'nın kusurlu kanal durum bilgisi (Channel State Information, CSI) altında NOMA'ya göre daha iyi performans sergilediği gösterilmiştir.

Abstract:
Visible light communication (VLC) is a short-range wireless optical communication method that uses visible light for both communication and illumination. Most VLC systems use light emitting diodes (LEDs) as transmitters, which limits communication speed. In this thesis, multiple access (MA) methods that also increase the sum rate for indoor VLC systems are examined and improvements are proposed for non-orthogonal multiple access (NOMA) and rate splitting multiple access (RSMA) methods. In the findings obtained in the NOMA method, various constraints such as fairness and illumination, which are not considered in many studies in the literature, are used during the calculations. The effects of these constraints on each other and the sum rate are investigated. The proposed meta-heuristic algorithms outperform traditional power allocation methods in terms of sum rate. The results for the RSMA method indicate that RSMA provides performance very close to NOMA with lower complexity. In addition, it is demonstrated that RSMA and NOMA outperform orthogonal multiple access (OMA) in terms of sum rate. The advantages and limitations of RSMA, NOMA, and space division multiple access (SDMA) in terms of sum rate under fairness constraint are shown. Finally, it is demonstrated that RSMA is superior to NOMA under imperfect channel state information (CSI).