Güç hatları üzerinden DFBÇ tabanlı veri iletiminin bilgi kuramsal analizi
Information theoretic analysis of OFDM based data transmission over powerline channels
Yazar: NERGİS ERDEM
Danışman: PROF. DR. TUNCAY ERTAŞ
Bursa Uludağ Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Kanal sığası = Channel capacity ; Sayısal iletişim sistemleri = Digital communication systems

Özet:
Güç hatları üzerinden haberleşme, dünyanın birçok ülkesinde düşük ve orta voltaj şebekelerinde sayaç okuma ve yönetimi, konut içi güç hatlarında ise internet uygulamaları için yaygın olarak kullanılmaktadır. Ancak güç hatları esas itibariyle enerji taşıma maksadıyla tasarlandıkları için, haberleşme amacıyla kullanıma pek uygun değildir. Hatların uzunluğa ve frekansa bağlı aşırı zayıflama göstermesi, ağa bağlı cihazların ve anahtarlama elemanlarının devreye girip çıkması ve başka diğer sebeplerden meydana gelen yansıma ile dürtüsel gürültü yüksek hızlı veri iletimini sınırlayan faktörlerdir. Birçok açıdan kablosuz haberleşme kanalları ile benzeşmektedir. Dikgen frekans bölmeli çoğullama, bant verimli olması, dürtüsel gürültüyü alt kanallara eşit olarak bölüştürerek etkisini azaltması ve frekans seçici kanalı düz sönümlenen bağımsız paralel kanallara ayırması dolayısı ile güç hattından haberleşme sistemlerinde standart olarak kullanılmaktadır. Bu tezde, dikgen frekans bölmeli çoğullama ile güç hatlarınından veri iletiminin bilgi kuramsal analizi yapılmıştır. Bu amaçla, uzay-zaman blok kodlama sinyal modeli ile, güç hatlarının kanal kapasitesi optimum güç ve hız uyarlama, kanal tersleme gibi uyarlanır güç kullanma yöntemleri için karşılaştırmalı olarak elde edilmiştir. Ayrıca sinyal gürültü oranı kestirimine ait Cramer-Rao sınırları, yine karşılaştırmalı olarak veri yardımlı ve yardımsız durumlar için elde edilmiştir. Kanallar arası sönümlemede ilinti varlığı kanal kapasitesini düşürmekte, kestirim sınırlarını ise yükseltmektedir. Frekansa bağlı zayıflama, kapasite ve kestirim sınırlarını aşırı şekilde etkilemektedir. Ancak veri yardımlı ve yardımsız durumda elde edilen sınırlar 15dB gibi bir değerden sonra çakıştıklarından aralarında bir fark kalmamaktadır.

Abstract:
Powerline communications has been widely used around the world for meter reading and management in low to medium power networks, and in indoor power grid for internet applications. Since powerlines have been mainly designed for carrying energy, they are not quite suitable for communication. Having extreme attenuation as a function of distance and frequency, presence of impulsive noise and reflections from devices and switching elements in the grid are the factors limiting the high speed data transmission. Exhibits similar characteristics from different aspects. Being bandwidth efficient, having ability to evenly distribute impulsive noise across the subchannels, there by reducing its effect, converting frequency selective channels to flat fading independent parallel channels, Orthogonal frequency division multiplexing has been used as international standard in power line communications. In this thesis, information theoretic analysis of data transmission over powerline channels based on orthogonal frequency division multiplexing. By this, within the framework of space-time block coding signal model, capacity of powerline channels has been obtained for optimum power and rate adaptation and channel inversion policies in comparison with wireless channels. Cram\'{e}r-Rao bounds on the estimation of signal to noise ratio has been obtained again in comparison, for data and non-data aided scenarios. It is seen that the presence of correlation between channel fading reduces the capacity while increasing the estimator bounds. Frequency dependent attenuation extremely affects the capacity and Cram\'{e}r-Rao bounds. However, it is found that bounds for the data aided and non-data aided estimation bounds coincide for signal to noise ratios greater than 15dB, thereby creating no difference between them.