Li-Fi teknolojisinin farklı fiziki şartlarda uygulanabilirliğinin ve çoklu kaynağın bulunduğu durumlarda oluşacak bozucu etkilerin analizi

Abstract

Li-Fi, güvenli ve hızlı veri aktarımının sağlanabildiği ışık tabanlı bir iletişim teknolojisidir. Bu tez çalışmasında Li-Fi teknolojisinin farklı fiziki şartlarda uygulanabilirliğinin analizi; tek girişli tek çıkışlı (SISO) kanalda doğrudan görüşlü (LOS) ve doğrudan görüşlü olmayan (NLOS) durumlar ile çok girişli çok çıkışlı (MIMO) kanalda LOS durum için Matlab R2024a programı ile ayrı ayrı benzetimler yapılarak gerçekleştirilmiştir. Yapılan uygulanabilirlik analizinde; verici parametrelerinden olan ışınım gücü P_t ve ışınım açısı ϕ’nin, alıcı parametresi olan fotodiyotun (PD) görüş açısı ψ_FOV’un, ortam parametrelerinden olan alıcı verici arası mesafe d ve yüzey yansıtıcılık katsayısı ρ’nun değerlerinin değişiminin kanal verimliliği parametrelerine olan etkileri incelenmiştir. Yapılan incelemeler sonucunda, verimli bir Li-Fi sistemi tasarımı için LED, PD ve ortam parametrelerinde göz önüne alınması gereken hususlar belirtilmiştir. SISO kanalı LOS durum ve SISO kanalı NLOS durum için kullanılan darbe-genlik modülasyonu (PAM) ve MIMO kanalı LOS durum için kullanılan doğru akım eklemeli optik OFDM (DCO-OFDM) modülasyonunda modülasyon seviyesi parametrelerinin değişiminin alıcıya ulaşan işaretteki bit hata oranı (BER) değerlerine etkileri incelenmiştir. Çoklu kaynağın bulunduğu durumda oluşacak bozucu etkilerin analizinde; MIMO kanalı LOS durum için, pus ve sis durumunda emilim ve saçılım kaynaklı bozulmaların işaret gürültü oranı (SNR) üzerindeki etkisi incelenmiştir. Isı kaynaklı gürültü, σ_ısı ve Schottky gürültüsü, σ_shot kaynaklı bozulmaların her ikisini etkileyen bir parametre olan elektriksel filtre bant genişliği B’nin değişiminin kanal verimliliği parametrelerine olan etkisi incelenmiştir.

Li-Fi is a light-based communication technology that enables secure and fast data transmission. In this thesis, in order to analyze the applicability of Li-Fi technology in different physical conditions, simulations were performed separately with Matlab R2024a program for line of sight (LOS) and non-line of sight (NLOS) cases in single input single output (SISO) channel and LOS case in multiple input multiple output (MIMO) channel. In the applicability analysis, the effects of varying the values of the transmitter parameters of radiation power P_t and radiation angle ϕ, the receiver parameter of photodiode (PD) field of view ψ_FOV, the medium parameters of transmitter-receiver distance d and surface reflectivity coefficient ρ on the channel efficiency parameters are analyzed. As a result of the analysis, the LED, PD and environment parameters that need to be considered for an efficient Li-Fi system design are presented. The effects of varying the modulation level parameters on the bit error rate (BER) values of the signal reaching the receiver in the pulse-amplitude modulation (PAM) used for SISO channel LOS case and SISO channel NLOS case and direct current optical OFDM (DCO-OFDM) modulation used for MIMO channel LOS case are analyzed. In the analysis of the distortion effects in the presence of multiple sources, the effect of absorption and scattering distortions on the signal to noise ratio (SNR) in the presence of haze and fog is analyzed for the LOS case of the MIMO channel. The effect of the variation of the electrical filter bandwidth B, a parameter that affects both heat-induced noise, σ_ısı and Schottky noise, σ_shot induced distortions, on the channel efficiency parameters is analyzed