Wireless internet service providing for 5G with hybrid TV broadcast and visible light communications

Abstract

Gorünür ışıkla haberleşme potansiyel olarak 5G ağ yapIlarInda faydalanmak üzere,hem kapalı hem de açık ortamlarda enerji verimlililigi yuksek yapısı ve hali hazırda varolan LED aydınlatma, TV ekranları ve kamera alıcıları gibi donanınım komponentleri ilegelecek vaad etmektedir. Fakat varolan VLC mimarilerinin data hızlı, açık ortamdakikanal dayanıklılığı ve yuksek güç iletici kaynakları anlamında gelismesi gereken noktalarvardır. Bu tez calışmamızda,verici tarafta LED lamba dizilerinden, alıcı taraftateleskop kamera sisteminden faydalanılarak, açık ortam hücresel bir VLC mimarisitanıtılmıştır. Önerilen sistem her bir ev icin 100 Watt güçten daha az güç tüketimi ileLED dizilerinden faydalanarak, yuzlerce Kbps hızlarda, onlarca kilometre menzildeyuksek performans hücresel uplink haberlesme kanalı sunmaktadır. Bunun yanında,önerilen sistem mimarisi düşük maliyet ve basit tasarımı ile internet sağlamak içinvarolan TV downlink RF ağ mimarisi ile birlestirilmistir. Ağ mimarisi downlink kısımicin ticari olarak hazır panel ekranlarından faydalanmıştır. Quantum dot (QD), organiclight emitting diode (OLED) gibi gelecek nesil panel teknolojilerinin tepkimehızı, renk uzayı, spektral renk cıktılarına, kontrast ve güç tüketim performanslarınagöre kıyaslama ve performans analizleri yapılmıştır. VLC ve RF melez mimarisi, halihazırda mevcut bulunan donanm platformları ile yüksek güvenilirlik, düşük maliyet veenerji verimliligini esas alan sistem tasarımı ile internet hizmeti sağlama servislerininkırsal kesimlerde genis sekilde yayılmasını sağlamayı hedeflemektedir.

Visible light communications (VLC) is a future promising communication technologyto be utilized in future 5G networks satisfying energy efficient outdoor and indoorcommunications with existing hardware components such as LED bulbs, TV screensand camera receivers. Existing outdoor VLC architectures have signicant challengesin terms of data rate, robustness to outdoor channel and requirements of high powertransmitter resources. In this thesis, a cellular outdoor VLC architecture is introducedby utilizing arrays of LED bulbs as transmitters and telescopic cameras asreceivers. The proposed system promises high performance cellular uplink communicationchannel reaching hundreds of Kbps for the ranges of tens of kilometers. Itexploits array transmitters consuming less than hundred Watts power consumptionat each house and telescopes improving the communication range. Besides that, theproposed system architecture is combined with existing TV downlink radio frequency (RF) network architecture to realize internet service providing (ISP) system with lowcost and low complexity system design. Networking architecture utilizes commerciallyavailable display screens at home for downlink data. Performance analysis andcomparison of various next generation display technologies such as quantum dot (QD)and organic light emitting diode (OLED) based displays are performed in terms ofresponse time, color gamut, spectral color output, contrast ratio and power consumption.VLC-RF hybrid architecture promises widespread utilization of ISP servicesin suburban areas with high reliability, low cost and energy ecient system designutilizing already available hardware platforms.