Complexity reduction of filtered-OFDM systems for high-speed visible light communications

Güncel kablosuz iletişim altyapıları, radyo frekansı (RF) bant genişliği tahsisinde doğal sınırlamalarla karşı karşıyadır. Artan veri aktarım hızına yönelik küresel talepler yoğunlaştıkça, spektral tıkanıklık ve düşük veri iletim verimliliği gibi sistemik zorluklar kritik önem kazanmaktadır. Yükselen 5G ve 6G mimarileri çerçevesinde, akademik ve endüstriyel odak, bu kısıtlamaları aşmak için optik spektrumun alternatif bir çözüm olarak kullanılmasına yönelmiştir. Özellikle, görünür ışık iletişimi (VLC) sistemleri, geleneksel RF tabanlı kablosuz ağları güçlendirmek için yenilikçi bir paradigma olarak öne çıkmıştır. Bu gelişmeler arasında, Filtreli-Ortogonal Frekans Bölmeli Çoğullama (F-OFDM) modülasyon şeması, OFDM'in aşırı bant dışı radyasyon ve spektral verimsizlik gibi sınırlamalarını azaltmak için umut vaat eden bir çözüm olarak konumlanmıştır. Doğrudan algılama ve yoğunluk modülasyonunda (DD/IM), LED'ler gerçel değerli ve negatif olmayan sinyaller gerektirir; bu da Hermit simetrisi (HS) ile ters hızlı Fourier dönüşümü (IFFT) kullanılarak sağlanır. Ancak bu yaklaşım, karmaşık olmayan sinyaller üretmeyi mümkün kılsa da elektriksel bant genişliğini yarıya indirir. Büyük IFFT/FFT boyutları, işlem yükünü, çip alanını, enerji tüketimini ve donanım maliyetlerini artırır. HS kısıtlaması, çift FFT/IFFT blokları gerektirerek tasarımı karmaşıklaştırır ve hesaplama zorluğunu artırır. Ayrıca, alt taşıyıcı sayısının artırılması tepe-ortalama güç oranını (PAPR) kötüleştirerek ek zorluklar yaratır. İki kutuplu OFDM sinyallerini tek kutuplu forma dönüştürmek için kullanılan geleneksel optik OFDM yöntemleri, DC öngerilimli (DCO-OFDM) ve asimetrik kırpılmış (ACO-OFDM) tekniklerini içerir. Ancak bu uyarlamalar ödünleşimler getirir: DCO-OFDM güç gereksinimlerini yükseltirken, ACO-OFDM spektral verimliliği düşürür. Bu tez, öncelikli olarak VLC sistemlerinin spektral verimliliğini optimize etmeye ve karmaşıklığını azaltmaya odaklanmaktadır. Bu nedenle, tezde sunulan çalışma, HS'ye bağımlılığı ortadan kaldırmak için farklı bir metodoloji önermektedir. Önerilen iki yöntem olan NHS-DCO-F-OFDM ve NHS-Flip-F-OFDM, karmaşık F-OFDM sinyallerinin gerçel ve sanal bileşenlerini zaman alanında yeniden düzenleyerek gerçek F-OFDM sinyalleri üretir. Bu yöntemler, sistem karmaşıklığını %50 azaltır, PAPR sorunlarından kaçınır ve HS tabanlı F-OFDM'a kıyasla enerji verimliliğini artırır. NHS filtreli OFDM yaklaşımı ayrıca bant genişliği kullanımını iyileştirir ve bant dışı yayım gücünü 115 dB keserek geleneksel OFDM'dan daha iyi spektral lokalizasyon sağlar.