LED indis modülasyonu tabanlı optik MIMO haberleşme sistemleri için kod indis modülasyonu

Abstract

Yeni nesil haberleşme teknikleri için umut verici bir alan olan görünür ışık haberleşmesi (visible light communication, VLC) sistemleri, radyo frekansı (radio frequency, RF) haberleşmesine kıyasla girişim ve yüksek gecikme gibi sorunlarla iyi bir şekilde başa çıkabilmektedir. Katı hal aydınlatması alanındaki devrim, floresan lambaların yerine VLC tekniklerinde ışık yayan diyotların (light emitting diodes, LED) kullanımını cazip kılmıştır. Buna ek olarak, indis modülasyonu (index modulation, IM) ailesinin bir ferdi olan, kod indis modülasyonu-yayılı izge (code index modulation-spread spectrum, CIM-SS) yüksek veri hızlı ve yüksek enerji verimli olması nedeniyle birçok çalışmada yer almıştır. Bu tez çalışmasında, VLC haberleşmesinin bir üyesi olan "LED indis modülasyonu (led index modulation, LIM)" ve CIM-SS teknikleri birleştirilerek "kod indis modülasyonu tabanlı LED indis modülasyonu (CIM-LIM)" adı verilen yeni bir haberleşme tekniği literatüre sunulmuştur. Önerilen sistem yapısında, işaret bilgisi LED indislerine kodlanarak VLC kanalından iletilmektedir. Bunun yanı sıra, önerilen sistemde, bir yandan geleneksel modülasyonlu simgeleri diğer bir yandan da CIM-SS yönteminin yayıcı Walsh Hadamard kodu indisleri veri taşımaktadır. Neticede, önerilen sistem geleneksel VLC sistemlerine göre hem daha hızlı veri iletimi yapmakta hem de daha az enerji harcamaktadır. Önerilen yeni haberleşme sistemi için teorik çıkarımlar gerçekleştirilmiş, sistem modeli oluşturulmuş, gerekli bilgisayar benzetimleri sunulmuş ve hem aktif LED indislerine hem de yayıcı Walsh Hadamard kodu indislerine beraberce karar veren bir en büyük olabilirlikli (maximum likelihood, ML) alıcı yapısı sunulmuştur. Bilgisayar benzetimleri, önerilen CIM-LIM sisteminin geleneksel LIM tabanlı VLC sistemlerine kıyasla daha iyi hata başarımına sahip olduğunu göstermektedir. Önerilen sistemin başarım analizleri optik kablosuz kanal (optical wireless channel, OWC) için gerçekleştirilmiştir.

Visible light communication (VLC) systems, which are a promising area for new generation communication techniques, can cope well with problems such as interference and high latency compared to radio frequency (RF) communication. The revolution in solid state lighting has made it attractive to use light emitting diodes (LED) in VLC techniques to replace fluorescent lamps. Besides, code index modulation-spread spectrum (CIM-SS), a member of the index modulation (IM) family, has been included in many studies due to its high data-rate and high energy-efficiency. In this thesis, a novel communication technique called "code index modulation based LED index modulation (CIM-LIM)" is presented to the literature by combining "LED index modulation (LIM)", which is a member of VLC communication, and "CIM-SS" techniques. In the proposed system structure, the signal information is encoded in LED indices and transmitted over the VLC channel. Besides, in the proposed system, the spreading Walsh Hadamard code indices of the CIM-SS method carry data on the one hand, traditionally modulated symbols on the other hand. As a result, the proposed system both transmits data faster and consumes less energy compared to traditional VLC systems. Theoretical derivations for the proposed novel communication system have been carried out, the system model has been created, the necessary computer simulations are presented and a maximum likelihood (ML) receiver structure that decides together on both active LED indices and spreading Walsh Hadamard code indices is presented. Computer simulations show that the proposed CIM-LIM system has better error performance compared to traditional VLC systems. Performance analysis of the proposed system has been performed for the optical wireless channel (OWC).