Channel modeling and characterization for visible light communications: indoor, vehicular and underwater channels

Görünür ışık haberleşmesi (visible light communication-VLC) sistemlerine olan artan ilgiye ragmen, uygun görününür ışık (visible light-VL) kanal modelleri eksikliği mevcuttur. Verimli, güvenilir ve dirençli VLC sistem tasarımı için ilk adım kanal modelleme olduğundan, bu eksiklik ciddi bir sorundur. Bu tezin odağı, içmekan, taşıtlara ilişkin, ve sualtı VLC için kanal modelleme ve nitelendirme çalışmalarıdır. Çalışmamız, ticari bir optik ve aydınlatma tasarımı yazılımı olan Zemax® tabanlıdır. Bu yazılımın ana amacı optik sistem tasarımı olmasına ragmen, biz bu yazılımın, belirli bir kapalı alanda, bir aydınlatma kaynağından yayılmış olan ışınların etkileşimlerini hassas bir şekilde tarif eden, ışın takibi özelliklerinden faydalanıyoruz. Zemax®'te oluşturulan simülasyon ortamı, ortamın geometrisini, ortamda bulunan nesneleri, ve ayrıca kaynakların (yani LEDler) ve alıcıların (yani fotodiyotlar) teknik özelliklerini nitelendirmemize imkan tanımaktadır. Belirli bir sayıda ışın ve yansıma sayısı için, ardışık olmayan ışın takibi aracı, her ışın için saptanan gücü ve kaynaktan detektöre olan yol uzunluğunu hesaplar. Bu veriler daha sonra Matlab®'e aktarılır ve kanal dürtü yanıtlarını (channel impulse response-CIR) elde etmek üzere işlenir. Genel olarak ideal Lambertian kaynaklar ve sadece dağınık yansımalar ile sınırlı olan mevcut çalışmaların aksine, bizim yaklaşımımız, herhangi bir ideal olmayan kaynak, ve ayrıca dik açılı ve dik açılı-dağınık karışık yansımalar için de kanal dürtü yanıtlarını elde edebilmektedir. Dahası, ortamda nesnelerin mevcudiyetini ve dalgaboyuna bağımlı yansıma karakteristiklerini de kanal çalışmasına yansıtabilmekteyiz. Bu tezin ilk kısmında, gerçekçi bir içmekan kanal modelleme yaklaşımı sunuyor ve detaylı bir kanal niteleme çalışması yürütüyoruz. Aynı zamanda kullanıcı hareketliliği ve alıcının baktığı yönün CIRlar üzerindeki etkisini de araştırıyoruz. Tezin ikinci kısımda, farların ve sokak lambalarının asimetrik modellerini, yol yüzeyinden yansımaları ve hava koşullarını da dikkate alarak araçtan araca (vehicle-to-vehicle–V2V) ve araçtan altyapıya (vehicle-to-infrastructure–V2I) VLC kanal modellerini sunuyoruz. Ayrıca, farklı hava koşullarında V2V VLC kanalı için kapalı yapıda bir yol kaybı ifadesi ortaya koyuyoruz. Bu tezin son kısmında, deniz yüzeyinin ve tabanının yansıtma karakteristiklerini, ve ayrıca suyun karakteristiklerini (yani, sönüm katsayısı, ve parçacıkların saçılım faz fonksiyonu) de hesaba katarak, detaylı bir sualtı optik kanal modelleme ve nitelendirme çalışması yürütüyoruz. Yol kaybının, su tipine, ışın demeti sapma açısına, ve alıcı açıklığı çapına bağlı bir fonksiyon olan kapalı yapıda bir ifadesini geliştiriyor ve ortaya konan bu ifadenin doğrulunu Monte Carlo simülasyon sonuçları ile onaylıyoruz.