Bina içi görünür ışık haberleşmesinde konfigürasyonun kanal karakteristiği üzerine etkisi

Abstract

Görünür Işık Haberleşmesi (Visible Light Communication, VLC) aydınlatma için kullanılan Işık Yayan Diyotları (Light Emitting Diode, LED) veri iletimi için de kullanma fikri ile öne çıkan güncel bir konudur. Hızla yaygınlaşan VLC sistemleri dış ve iç mekanlarda kullanım alanlarını artırmaktadır. Ancak diğer haberleşme sistemlerinde olduğu gibi VLC sistemlerinde de güvenilir iletişim için kanal bilgisine sahip olmak gerekmektedir. Buradan hareketle, bu tezde çokyollu kanal yapısına sahip olan bina içi VLC kanallarının özellikleri araştırılmıştır. Çalışmadaki simülasyonlarda Modifiye Monte Carlo Işın İzleme (Modified Monte Carlo Ray Tracing) algoritmasına dayanan kanal modeli kullanılmıştır. Olası kanal karakteristiklerini incelemek amacıyla, farklı boyutlarda ve farklı yüzey malzemeleri ile kaplı odalar farklı alıcı verici özellikleri için ele alınmıştır. Ayrıca, çeşitli düzende yerleştirilmiş çoklu vericili senaryolar da göz önünde bulundurulmuştur. Bu konfigürasyonlar için Kanal Dürtü Yanıtları (Channel Impulse Response, CIR) ve Kanal Frekans Yanıtları (Channel Frequency Response, CFR) oluşturulmuştur. Ardından kanalların dc kazanç, RMS gecikme yayılımı, maksimum bit hızı ve uyumluluk bant genişliği parametrelerinin değerlendirildiği bir kanal karakterizasyonu çalışması sunulmuştur. Çalışmanın sonucunda, oda boyutu ve yüzeylerin yansıma katsayısının RMS gecikme yayılımlarını etkilediği gözlemlenmiş, ancak bu parametrelerin etkisi ile kanalın frekans seçiciliğinde önemli bir değişiklik oluşmadığı sonucuna varılmıştır. Çoklu verici yapısı kanalın özelliklerini değiştiren en güçlü faktör olmuştur. Çoklu kaynaklar, kaynakların konfigürasyonuyla ve alıcı konumuyla ilişkili olarak frekans bandında ciddi dalgalanmaya neden olmuştur. Bu sonuç, özellikle mobil alıcılar için ele alınması gereken bir durum olarak dikkat çekmiştir. Ancak, yönlü aydınlatma kullanılarak ve/veya dar görüş açılı detektör bu problem için çözüm olabilir.

Visible Light Communication (VLC) is a current issue that stands out with the idea of using Light Emitting Diode (LED) for lighting as well as for communication. Rapidly expanding VLC systems increase their use in outdoor and indoor applications. However, as in other communication systems, it is necessary to have channel information for reliable communication in VLC systems. Therefore, the properties of indoor VLC channels having multipath channel structure were investigated in this thesis. Monte Carlo Ray Tracing algorithm based channel model was used in the simulations in this study. In order to examine possible channel characteristics, rooms with different size and different surface materials are considered for different transceiver characteristics. In addition, multi-transmitter case with different configurations have been considered. For these scenarios, Channel Impulse Response (CIR) and Channel Frequency Response have been created. Then, a channel characterization study is presented in which the dc gain, RMS delay spread, maximum bit rate and coherence bandwidth parameters of the channels are evaluated. As a result of the study, it was observed that the size of the room and the reflection coefficient of the surfaces affected the RMS delay spread, but there was no significant change in the frequency selectivity of the channel with the effect of these parameters. However, the multi-transmitter structure is the most powerful factor that changes the properties of the channel. Multiple sources caused a significant fluctuation in the frequency band related to the configuration of the sources and the location of the receiver. This result is particularly noteworthy especially for mobile buyers. Using directed illimunation and/or detector with small field of view may be solution to this problem.