SISO - MIMO applications and analysis of visible light communications systems

Abstract

Gelişen teknolojiler ve bilgiye olan hızlı ve artan gereksinimler nedeniyle kablosuz mobil haberleşmeye tahsis edilen radyo frekans (RF) bantlarının gittikçe ve hızla dolmakta ve bu nedenle de yavaş yavaş RF frekans bandının üst sınırlarına doğru yaklaşılmakta olduğu görülmektedir. Dolayısıyla, 5G için belirlenebilecek muhtemel frekans bantlarının ötesinde daha yüksek frekans bantlarında çalışmanın son derece güç veya olanaksız hale geleceği anlaşılmaktadır. Bu durumda RF teknolojisine alternatif olabilecek ve bu teknolojiye paralel optik tabanlı bir takım yeni haberleşme teknolojilerinin geliştirilmesi için araştırma ve geliştirme çalışmalarına gereksinim vardır. Bu soruna en uygun çözüm olarak, görünür ışıkla haberleşme (VLC), çok geniş ve regüle edilmemiş bir frekans bandına sahip olması nedeniyle, ilginç bir teknoloji olarak öne çıkmakta olup üzerinde yoğun araştırma ve geliştirme çalışmaları sürdürülmektedir. Bu bağlamda, VLC sistemlerinin kullanılacağı kanal ortamın gerçek modelinin ortaya çıkarılması ve ayrıca bu kanal üzerinden yapılan iletişim başarımının belirlenmesi büyük önem taşımaktadır. Bu tezin temel amacı, kablosuz mobil haberleşme konusunda odaklanan araştırmacılara bu güncel ve ilginç alanı ayrıntılarıyla tanıtmak ve özellikle optik SISO ve MIMO tabanlı optik OFDM yöntemleri için detaylı bir analiz sağlamanın yanı sıra yüksek veri hızlarına erişebilen yeni ve özgün bir VLC sistemin tasarımını sunmaktır. Önerilen sistemlerin başarımı Zemax yazılımı yardımıyla modellenen gerçek optik kanallar üzerinden bilgisayar benzetimleri yoluyla incelenerek diğer var olan SISO ve MIMO VLC sistemlerle karşılaştırılarak incelenmiştir.

Rapid development in technology and increasing necessity to reach information instantaneously saturates RF bands rapidly. Because of that, it can be seen that we are gradually approaching upper limits of the band. It can said that, operating beyond that upper limit would be hard and unfeasible for 5th generation mobile systems (5G). At this point, it is needed to develop alternative telecommunication systems to RF technology. VLC could be the most appropriate and appealing solution for researchers due to its unregulated visible light band. In this context, determination of the real VLC channel models would play vital role on bit error rate performance of the communication systems. The main objective of this thesis is to introduce this novel and interesting topic to the the researchers and investigating performances of SISO and MIMO OFDM based VLC systems in realistic channel models obtained in Zemax environment. Besides, novel transmission model is proposed in the thesis and analyzed and simulated in great detail. Obtained performances of SISO-MIMO OFDM based VLC systems are compared with reference systems and conclusions are offered about the results.