Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Anabilim Dalı

Noise-driven communication fornext-generation wireless networks and iotsystems

Current advancements in the wireless communications have opened new opportunities for low-data-rate Internet-of-Things (IoT) systems. Legacy communication frameworks which rely on high-complexity operations on signal processing and strict synchronization requirements, often fail to meet the low bit error rate (BER), energy harvesting capability, and ability to operate reliably at low data rates, key requirements of modern and future IoT networks. To address these limitations, noise-domain modulation techniques have emerged, encoding data not into the deterministic parameters like frequency or phase, but into the statistical properties such as mean, variance and the correlation of the artificially generated Gaussian noise. These schemes eliminate the need for power allocation and also the successive interference cancellation (SIC), which reduces the complexity and energy consumption. To clarify, by eliminating the need for synchronization and equalization, these techniques enable suitable communication for dynamic and unpredictable wireless environments. Chapter 3, presents an innovative joint energy harvesting (EH) and communication scheme for IoT devices by leveraging the emerging noise modulation (Noise-Mod) technique. The proposed approach embeds information into the mean value of real Gaussian noise samples to enable wireless energy and information harvesting. We propose a mean-based detector to decode the information and derive the analytical bit error probability (BEP) of the proposed scheme under Rician fading channels. We utilize a nonlinear rectenna model to demonstrate the feasibility of the proposed scheme in terms of energy harvesting capability. Simulation results demonstrate that the proposed method outperforms conventional modulation techniques in terms of EH performance across various channel conditions while maintaining reliable communication performance for next-generation IoT networks. In Chapter 4, noise-domain non-orthogonal multiple access (ND-NOMA), an innovative communication scheme that utilizes the modulation of artificial noise mean and variance to convey information, is presented. Distinct from traditional methods such as power-domain non-orthogonal multiple access (PD-NOMA) that heavily rely on SIC, ND-NOMA utilizes the noise domain, considerably reducing power consumption and system complexity. Inspired by noise modulation, ND-NOMA enhances energy efficiency and provides lower BEP, making it highly suitable for next-generation IoT networks. Our theoretical analyses and computer simulations reveal that ND-NOMA can achieve exceptionally low bit error rates in both uplink and downlink scenarios, in the presence of Rician fading channels. The proposed multi-user system is supported by a minimum distance detector for mean detection and a threshold-based detector for variance detection, ensuring robust communication in low-power environments. By leveraging the inherent properties of noise, ND-NOMA offers a promising platform for long-term deployments of low-cost and low-complexity devices. Ultimately, in the Chapter 5, a novel three-user noise-domain non-orthogonal multiple access ND-NOMA scheme by introducing the correlation as a new dimension besides mean and variance quantities used in two-user ND-NOMA is proposed. The new three-user ND-NOMA scheme includes both uplink and downlink scenarios, with detectors designed to decode the information embedded in mean, variance, and correlation. Our theoretical analysis and simulation results under Rician fading channels show that the proposed system is capable of achieving promising BER performance while preserving the low power and low complexity advantages of ND-NOMA. This new ND-NOMA design enables simultaneous communication among three users using different dimensions, paving the way for scalable multi-user communication in noise-domain systems and in the IoT environments.

Electromagnetic scattered field analysis of 2D wedge geometries with HFA techniques and FDTD method

In this thesis, electromagnetic scattered field analysis of two dimensional non-penetrable wedge geometry have been investigated with both high frequency asymptotic techniques (HFA) and finite difference time domain (FDTD) method.Among HFA techniques, Physical optics (PO), Physical theory of diffraction (PTD), Unified theory of diffraction (UTD), Parabolic equation (PE), Exact series and Exact integral methods are applied to inspect electromagnetic scattering behavior of two dimensional non-penetrable wedge geometry analytically.As a numerical technique, finite difference time domain (FDTD) method and the important aspects in its implementation are explained briefly. Also, absorbing boundary conditions and modeling issues are investigated. Meshing algorithm is developed to reduce staircase modeling errors which is formed by the application of standard Yee algorithm. In order to show the qualification of FDTD method, some examples are presented with HFA results.A novel Matlab based softwares WEDGE GUI and WEDGE FDTD GUI are also presented with thesis. The former was developed to analyze two dimensional perfect electric conductor (PEC) wedge geometries with various HFA methods. The latter was developed to analyze same geometry with finite difference time domain (FDTD) method. Source codes of these programs can be found in the CD given with this thesis.

Investigations on the effects of fourwave-mixing in dwdm fiber channels

Optical fiber cables have become ideal for achieving the challenge of reaching high speed data rates and terabit transmission, due to its low attenuation characteristics and high bandwidth capability such as 50 THz. Multiplexing of numerous channels on the same fibre requires higher transmit power or sufficiently lower fibre losses to utilize the available bandwidth having high bit rate with a span of thousands of kilometer.It is required to increase the number of optical channels in dense WDM systems in order to meet the extreme capacity demands on data transmission networks. This necessity of increment in number of channels can be provided only with small channel spacing. In order to reach required amount of signal channels, new frequency standards such as 25 GHz and 12.5 GHz were recently specified by ITU. In such narrower channel spacing with large number of WDM channels, the non-linear effects of the optical fibre can induce serious system impairments. In modern WDM systems, the primary nonlinear effects are cross phase modulation (XPM), and the four-wave mixing (FWM). The FWM characteristics are especially related to frequency allocation of channels. Throughout this thesis, we will be mainly dealing with the FWM impairments.The occurrence of FWM depends on several factors, such as frequency spacing between channels, the input power per channel, the dispersion characteristics of the optical fiber, and the distance along which the channels interact.Four wave mixing results from changes in the refractive index with optical power called optical Kerr effect. In FWM, two co-propagating waves produce two new optical sideband waves at different frequencies. The generation of these beat signals which fall into original signal wavelengths causes a channel energy loss, which induces a crosstalk effect. In long haul transmission links, the deployment of optical amplifiers makes the problem even worse, as not only the transmitted signal is amplified, but also the generated FWM products, which mix again with the signals, causing new products. Also when intense incident signal power launched into a fiber, linearity of optical response is lost. Moreover, in the usage of dispersion-shifted fibers (DSF), the FWM mechanism is enhanced, due to a depletion of the phase mismatch associated to the fiber's chromatic dispersion. In consequence, the detected signal power will fluctuate considerably.Numerous techniques have been proposed to minimize the detrimental limiting effects of FWM such as: the spectral allocation of the channels, the spectral assignment of the channels as far as possible from the zero-dispersion wavelength (?ZD), and the spectral distribution of the unequally spaced channels, which requires a complex system design.In this study, the impact of the channel spacing (positioning of the DWDM channels), phase mismatching, changing of channel input power and fiber length on FWM efficiency were analyzed based on represented algorithm. For various types of fibers such as G.652 (Single- Mode Fiber - SMF), G.653 (Dispersion-Shifted Fiber - DSF), and G.655 (Non-Zero Dispersion-Shifted Fiber - NZDSF) compliant fibers, considering the DWDM grids suggested by the ITU-T Recommendations G.692, and G.694.1, with uniform channel spacing of 100, 50, 25, and 12.5 GHz were compared with simulations. Split Step Fourier Method (SSFM) numerical technique has been used to model nonlinear Schrödinger (NLS) equation in order to investigate pulse propagation in optical fibers.

Method of moment modeling of wave scattering from arbitrary geometries in 3-D in free space

In this thesis, wave scattering from electromagnetic (EM) wave – object interaction and radar cross section (RCS) prediction of arbitrary-shaped (conducting or dielectric) objects in three dimensional (3-D) free space is considered. Problem is formulated in terms of volume integral equations containing Dyadic Green Functions. Method of Moments (MoM) is used to the given problem. In the context of MoM, point matching technique is applied. The volume of the scatterer is represented by cubical cells over which the electric field is assumed constant. The electric field integral equation (EFIE) is enforced at the center of each cell to produce a system of equations in a matrix form. Here, the incident field, location, geometry and electrical parameters (relative permittivity and conductivity of the object) of the object are known. The unknowns are the equivalent volume current densities. After obtaining the unknowns of the problem, one can easily derive scattered fields at any given point in the space. This is then used in RCS calculations for both bistatic and monostatic cases. The algorithm developed for this purpose is coded in MATLAB. The model and the algorithm are already validated; here only the code is verified through some canonical tests and comparisons. First, a reference object – sphere – is used. The sphere has analytical exact solution in terms of Mie series summation. Another MATLAB code is prepared for the accurate calculation of the analytical solution. To be able to acquire satisfactory results for a sphere, the size of the cells are smaller than which depends also the values of relative permittivity. Simulations are performed for different material spheres. Simulations of perfectly electrical conducting (PEC) canonical structures are also performed and results are compared with the Transient Solver code of CST Microwave Studio which uses Finite Difference Time Domain.

EM diffraction modeling with numerical methods

Electromagnetic scattering theory is crucial to understand interaction of electromagnetic waves with objects and medium in which it propagates. Scattering fields are formed primarily by reflected, refracted and diffracted fields. There are also other wave phenomenon such as creeping waves, whispering-galley waves, etc. but all these phenomenon are formed by the interaction of reflected, refracted and diffracted fields. Each scattering phenomenon should be considered carefully in the design of electronic devices. For example, warplane designer should minimize radar cross section (RCS) by avoiding reflective surfaces that may direct incoming radar wave towards radar receiver. Another example is that, today's electronic circuits contain so many components and conductive traces. Unwanted incoming radiation can reach critical components by being subjected to various scattering mechanisms. Therefore, EMC engineers should protect important parts of the devices by applying shielding techniques. As a final example, mobile phone designers should control the electromagnetic energy radiated towards human head to reduce specific absorption rate (SAR) value. This is accomplished by covering the back side of mobile phone with specific materials e.g. perfect electric conductor (PEC) materials. All these applications require extensive knowledge on scattering theory. Reflection and refraction phenomenon has long been analyzed via well-known Snell's law. On the other hand, diffraction is much more difficult to analyze. There is no simple formulation to analyze diffraction. Exact solutions of diffracted fields are only known for a limited number of geometries such as wedge, sphere, and cylinder. In addition, these solutions are generally in the form of infinite series that are slowly convergent at high frequencies (i.e. when the wavelength is very small compare to the object size). Hence their applicability is limited. High frequency asymptotic (HFA) methods such as geometric theory of diffraction (GTD) and physical theory of diffraction (PTD) are developed to overcome this difficulty. These methods are derived from the exact solution of the problem and can be used to analyze diffraction mechanism at high frequencies. With today's high speed modern computers, it is also possible to analyze diffraction phenomena numerically. Numerical methods such as finite difference time domain (FDTD), method of moments (MoM) and finite element method (FEM) can be used for this purpose. These methods are used in broad range of frequencies and the upper frequency limit depend on the computer's resources. In this dissertation, we advanced the numerical diffraction theory by proposing three novel time domain based diffraction models: double tip diffraction model (Chapter 3), soft-hard strip diffraction model (Chapter 4) and time domain fringe current model (Chapter 5). In double tip diffraction model study, we obtained diffracted fields around 2D rectangular object for various incidence angles and rectangle thicknesses with FDTD method. The verification is performed with MoM model. In soft-hard strip diffraction model study, diffracted fields around a 2D canonical strip geometry with one face hard and the other face soft boundary condition (BC) is obtained with FDTD method. The model is verified with existing MoM solution. Finally in time domain fringe current model, we obtain fringe currents that are induced on 2D wedge geometry that is illuminated by a line source. We then calculate fringe waves radiated by fringe currents and verified proposed model with existing PTD and MoM solutions.

Characterization of EM wave propagation in metamaterial environments

In this thesis, analytical and numerical solutions of the electromagnetic wave propagation in certain environments loaded with metamaterial (MTM) are presented. Finite Difference Time Domain (FDTD) algorithm is one of the most popular numerical techniques applicable to this problem area provided that it is augmented with Auxiliary Differential Equation (ADE) or Partial Linear Recursive Convolution (PLRC) methods to account for the dispersive characteristics of the MTM. To investigate the electromagnetic wave propagation in dispersive media Maxwell's curl and wave equation based FDTD algorithms are developed. FDTD update equations are obtained using ADE and also PLRC FDTD formulations for MTM medium described by Lorentz models. Numerical results obtained using the proposed FDTD algorithm are compared with the analytical results. FDTD algorithm based on the wave equation for double-negative (DNG) medium is also obtained using ADE approach, and its performance in terms of computational time and memory requirements is compared with the curl equation based formulations. Another issue discussed in this thesis is the novel formulation of Mur's ABC developed for truncating the DNG media for 1D and 2D problems using PLRC-FDTD algorithm. Efficient and simple FDTD update equations for first and second order Mur's absorbing boundary conditions (ABC) are obtained from frequency domain one-way wave equation using PLRC method and coefficient parameters are given for both Lorentz and Drude models. To demonstrate the validity and stability of the proposed Mur formulations, its absorption performance and computational advantages are compared with modified Uniaxial Perfectly Matched Layer (UPML). Finally, electromagnetic wave propagation is investigated in a rectangular waveguide partially loaded with DNG materials along a transverse or along the axial directions. Properties of eigen-solutions in waveguide environments partially loaded with Lorentz type DNG materials, modelled by lossless/lossy, identical/non-identical electric and magnetic parameters are investigated. The phase and group velocities are calculated and drawn for several problem scenarios. Modal cutoff phenomena associated with surface waves, transitions between evanescent/propagating, forward/backward waves and their dependence on frequency, filling factor and material parameters are also investigated. Novel conditions are given for existence of surface waves and for emergence of complex eigenvalues in the absence of losses. Analytic solutions of reflection and transmission coefficients are obtained for single mode supporting waveguide sections fully/partially loaded with DNG slabs in one transverse direction using Mode Matching Method. Floquet mode formalism is extended and applied to description of propagating fields in a waveguide loaded along the axial direction with air-DNG slabs in a quasiperiodic fashion. Eigenvalue and band-edge equations are obtained and representative solutions for dispersion and band edge diagrams are presented. Scattering characteristics and their dependence on the number of unit cells and the termination strategy used in the truncated structure are also investigated. Frequency dependence of reflection and transmission factors are calculated using frequency domain approach and compared with the results obtained from FDTD method.

Eş düzlemsel iletim hatlarında çapraz karışımın iyileştirilmesi

Elektronik devre kartlarında iletim hatları arasında meydana gelen çapraz karışım, devrenin çalışmasını olumsuz yönde etkileyen bir unsurdur. Bu çalışmada yan yana yönlendirilmiş iki tane topraklanmamış eş düzlemsel dalga kılavuzlu (UCPW) iletim hatları arasında meydana gelen çapraz karışım incelenmiştir. Bu amaçla flame retardant 4 (FR4) ve poli tetra floro etilen (PTFE) dielektrik malzemeye sahip iki ayrı elektronik devre kartı üzerinde çalışılmıştır. UCPW iletim hattına ait model parametrelerinden olan empedans, kapasite, indüktans ve geçiş iletkenliği hem FR4 hem de PTFE iletim hatları için hesaplanmıştır. Çapraz karışım ölçümleri vektör ağ analizörü (VNA) ile 100 kHz - 3.2 GHz aralığında yapılmıştır. Tasarlanan iletim hatları arasında bulunan toprak düzlemi ile iletim hattının diğer ucundaki toprak düzlemleri arasına dışarıdan harici bir kapasite veya indüktör eklendi. Bu harici bileşenler hattın başına, ortasına ve sonuna olacak şekilde yerleştirildi. Her konum için üç farklı kapasite ve indüktör değeri seçildi. Yapılan ölçümler sonrasında FR4 dielektrik malzemeye sahip olarak tasarlanan iletim hattındaki çapraz karışımın 17.5 dB ile 32.5 dB aralığında azaldığı görüldü. PTFE'de ise 20.8 dB ile 32.5 dB aralığında azaldığı görüldü. Elde edilen bulgular ile iki katmanlı elektronik devre kartlarında harici olarak iletim hatlarına dahil edilen kapasite ve indüktör gibi pasif bileşenlerin çapraz karışımı azaltabildiği görülmüştür ve test sonuçları verilmiştir.

Makine öğrenme algoritmalarıyla konuşmacı tanılaması

Teknolojinin her geçen gün sürekli gelişmesiyle birlikte, hayatımıza giren otomatik sistem ve cihazların sayısı her geçen gün artmaktadır. Bu yeni teknolojiler ile kontrol edilen sistem ve cihazların güvenliği, kontrolü, sevk ve idare edilmesi gibi durumlar için ayırt edici farklı kontrol mekanizmalarına ihtiyaç duyulmuştur. Bu arayış içerisinde kişiden kişiye değişen, parmak izi tanıma, retina tanıma, yüz tanıma, konuşma tanıma gibi karakteristik özellikleri ayırt etmeye yarayan yöntemler önem kazanmıştır. Bu çalışmada yaşları 18 ile 39 arasında değişen 10 farklı konuşmacıdan alınan konuşma örnekleri ile bir veri seti oluşturulmuştur. Her konuşmacıya bir donanım aracılığıyla, 25 farklı kelime teker teker söyletilerek kaydedilmiştir. Son bir kayıtta bu 25 kelimenin art arda söylenmesi ile oluşturulmuştur. Böylece kişi başı 26 farklı kayıttan oluşan 260 farklı veri elde edilmiştir. Her verinin Matlab programı ile zaman, frekans ve diğer özelliklerine bağlı değerleri çıkarılmıştır. Çıkarılan bu özelliklerin her birinin tanınması istenilen kullanıcı ile olan ilişkisi Pearson korelasyon analizi ile incelenmiştir. Pearson korelasyon analizi sonucu çıkış ile en ilişkili özellikler belirlenerek bir sıralama yapılmıştır. Sonrasında bu sıralamaya göre 14 özelliğin hepsinin, ilk beşinin ve ilk ikisinin kullanılması ile tablolar oluşturulmuştur. Ardından Matlab programının dalgacık dönüşümü arayüzü kullanılarak aynı veri seti için dalgacık dönüşümü analizi gerçekleştirilmiştir. Makine öğrenme algoritmaları bu sürece kadar elde edilen verilerin tamamı ile eğitilerek konuşmacıya yönelik bir tahminde bulunma sürecine tabi tutulmuştur. Bu süreç sonunda farklı makine öğrenme algoritmalarının ses özellik çıkarımı ve dalgacık dönüşümü teknikleriyle eğitimleri sonucu yüzdesel başarı performansları analiz edilerek yorumlanmıştır. Elde edilen sonuçlara göre özellik sayısı azaldıkça tahminlerin doğruluk oranı da azalmaktadır. Dalgacık dönüşüm ile yapılan analizler sonucu elde edilen verilerde, entropi değerinin de bir özellik sayısı olarak düşünülebileceği ortaya çıkmıştır.

QO-100 Uydusu ile çift yönlü haberleşme sağlayacak sistem tasarımı ve analizi

Es'hail 2 / QO-100 (Qatar-OSCAR 100) uydusu sabit yörüngede 26˚ Doğu'ya yerleştirilen ve üzerinde amatör radyo hizmetlerinde kullanılmak üzere yukarı gönderme (uplink) frekansı 2.4 GHz, dinleme frekansı (downlink) ise 10.45 GHz olan iki adet doğrusal transponder bulunan bir yer sabit uydusudur. Düşük güçlü 250 kHz bant genişliğindeki (dar bant) transponder üzerinden ses, mors ve dijital iletişimi, 8 MHz bant genişliğindeki (geniş bant) transponder üzerinden ise amatör Dijital Video Yayını (DVB) gerçekleştirilebilmektedir. Uydu üzerinden sinyal alımı için uydu anteninin üzerinde bulunan LNB (Low Noise Block)'nin çıkışına bir bias tee devresi ve bu devrenin çıkışına Rx alıcısı yerleştirmek yeterli olurken sinyal iletimi için, Tx verici ile birlikte LNB'nin ön kısmına uygun frekansta çalışabilecek bir Tx anten monte edilmelidir. Böylece, LNB ve Tx antenini birlikte monte ederek aynı uydu çanağı hem alım hem de iletim için kullanılabilir. Bu tez kapsamında, Es'hail 2 / QO-100 uydusu üzerinde bulunan dar bant transponder'i kullanılarak sinyal iletimi yapılmıştır. Sinyal iletimi için gereken Tx anteni olarak 2.4 GHz frekansında çalışacak mikroşerit anten tasarlanıp üretimi yapılmıştır. Tasarlanan bu anten çanak antenin üzerindeki LNB'nin önüne monte edilerek sinyal iletiminin sağlanması planlanmaktadır. Uydu ile haberleşme sağlandıktan sonra, alınan ve iletilen sinyalleri hem alıcı hem verici olarak kullanılan yazılım tanımlı radyo alıcısı (SDR) ile gözlemleyerek sinyalin çift yönlü iletiminin gerçekleşip gerçekleşmediği gözlemlenecektir. Bu tez çalışması ile, QO-100 uydusunun doğal afet anlarında kesintiye uğrayan haberleşme ağlarına (cep telefonu, internet vb.) alternatif olarak acil durumlarda sesli görüşmelerin yapılabileceği bir haberleşme sistemi olarak kullanılması hedeflenmiştir.

FM işaretlerinin üretimi ve yükseltilmesi

Ultrasonik uyarıcı dizisi ve güç odaklayan sürücü devre gerçeklemesi

Ultrasonik dönüştürücü, elektrik akımını ses dalgasına, ses dalgasını elektrik akımına dönüştüren elemana denir. Bu devre elemanı iki yönlü olarak çalışmaktadır. Bu çalışmada, ultrasonik uyarıcı tasarlanmak üzere, sadece sürücü devreden gelen elektrik akımını ses dalgasına çeviren ultrasonik dönüştürücüler kullanılacaktır. Bu tez çalışmasında, ultrasonik dönüştürücüler kullanılarak istenilen frekansta elde edilen ultrasonik dalganın bir noktada odaklanarak basınç şiddetinin arttırılmasını sağlayan, ultrasonik uyarıcı sistem tasarımı ve gerçeklemesi anlatılmıştır. Ultrasonik uyarıcı devreler çok farklı alanlarda(uzaklık ölçümü, endüstriyel temizleme v.b.) çeşitli amaçlarla kullanılmaktadır. Bu çalışmada ise tasarlanacak devre ve uyarıcı dizi tasarımları ile tarım alanında böcek yönlendirme kovma uygulamalarında kullanılması düşünülmektedir. Bunun için öncelikle hangi frekansta çalışılacağına karar verilmiştir. Bu problem farklı frekanslarda farklı devrelerin tasarımını gerektirmiştir. Bundan dolayı çalışma frekansına uygun devre tasarımları bulunarak gerçeklemesi yapılmıştır. Devre tasarım çalışması yapılmadan önce, ultrasonik dönüştürücülerin etki alanı uzaklığı hesabı yapılmıştır. Bu hesaplamalardan sonra, tasarlanacak uyarıcıda kullanılacak ultrasonik dönüştürücü dizi modelleri karşılaştırılmasını yapmak amacıyla belirlenen dizi modelleri gerçeklenmeden önce MATLAB benzetim ortamında TAC uygulaması ile ultrasonik dönüştürücülerden yayılan dalga yapısı elde edilmiştir. Son aşama olarak, devre ve dönüştürücü dizileri gerçeklenerek ölçümleri yapılarak ve bu ölçüm sonuçları değerlendirilmiştir. İlk olarak, çalışmada her bir frekans farklı basınç değerleri için hangi ultrasonik dönüştürücülerin kullanılacağı ve dönüştürücünün çalışma frekansı belirlenmiştir. Çalışmada kullanılacak dönüştürücü tipleri, 400st100, 400st160 ve 90-4050-60 seri numaralı ürünlerdir. Bu dönüştürücülerin merkez frekansı 40 KHz, 80 KHz 'dir. Sonrasında, bu çalışma frekansına uygun bu dönüştürücüleri sürebilecek sürücü devre belirlenmiştir. Bunun için üç adet farklı sürücü devre kullanılmıştır. Bu devreler aynı veya farklı frekanslarda farklı dönüştürücüleri sürmek ve elde edilecek değerlerini kıyaslamak için bu şekilde seçilmiştir. Sürücü devrelerin gerçeklenmesine geçmeden önce, kullanılacak dönüştürücülerin hangi prensibe göre dalga ürettiğini ve bununla ilgili ultrasonik dönüştürücülerin parametreleri ve etki alanı uzaklığı hesapları yapılmıştır. Bu hesaplamalar ışığında, yapılacak ölçüm uzaklığı ve dönüştürücünün ilgili parametreleri hesaplanmıştır. Bunun yanında, yapılan gerçek ölçümler ile karşılaştırmak amacıyla, ultrasonik dönüştürücülerin oluşturacağı dalga modelini gösteren ve matematiksel olarak yapacağımız hesaplarında doğrulanacağı ortam olarak MATLAB_TAC (Transducer Array Calculation) uygulaması kullanılmıştır. Burada, benzetim ortamında hangi dönüştürücü kullanılacaksa onun parametreleri girilerek istenilen etki alanı uzaklığı ve oluşacak maksimum güç elde edilecektir. Bu işlem diğer dönüştürücüler ve dizi tipleri için tekrarlanarak gerçekte yapılan ölçümler ile karşılaştırılma olanak sağlamıştır. Son aşamada ise, devreler ve dönüştürücü dizileri belirlenerek ölçümler yapılmıştır. Bu ölçümler, çalışma frekansına, dönüştürücünün cinsine, dönüştürücü dizilerine ve yapılan ölçümlerin uzaklıklarına göre karşılaştırılmıştır. Bu ölçümler sonucunda elde edilecek verilerden hangi düzeneğin daha verimli çalıştığı belirlenecektir. Bu çalışmada sadece devre ve dizi tasarımları yapılmış ve 40 KHz ve 80 KHzlik devre gerçeklemeleri yapılmıştır. Diğer frekanslardaki uygulamalar ve uygulamada hangi devrenin daha iyi sonuç vereceği başka bir çalışmaya bırakılmıştır.

Forward and inverse scattering problems for the objects located in a closed medium

In this thesis, reconstruction of dielectric objects buried in a perfectly electric conducting enclosure is realized. Free space magnetic permeability is assumed for all cases. Our motivation is to observe the influence of reflected field from conducting boundary. It is predicted that reflections may form as image sources and hereby they result in better reconstruction. Primarily, synthetic data for scattered field is measured for arbitrary shaped objects. Then location, geometry and physical properties of scatterers are investigated for two cases: in an existing circular conducting boundary and in a free space. The approach used to solve this problem is based on a semi-numerical technique called method of moments (MoM). All implementations are coded in MATLAB environment. MoM is a frequency domain solver that has been widely used since 1960s. It aims to discretize time-harmonic electromagnetic field integral equations and design a linear matrix system. Applying linear algebra, matrix equations can be solved at ease. Integral equation in MoM solution involves Green's function as its definition of Fredholm equation. Since Green's function is evaluated analytically, MoM is approved as a semi-numerical method. Scattering problems are grouped into two categories such as forward and inverse scattering. Forward one is used to compute scattered field under the assumption of known source, scatterer and medium properties. Conversely, inverse one deals with acquiring the profile of objects when incident and scattered field data is known. Forward scattering problems are defined as well-posed problems; since their solution exists, is unique and stable. However, ill-posedness may arise for inverse scattering problems. Therefore, they need to be reformulated. Supplementary assumptions must be done to make the problem solvable. This operation is called regularization. A. N. Tikhonov proposed a regularization method that is recognized by his own name in 1963. During thesis, we benefit Tikhonov regularization to eliminate ill-posedness of problems. Forward scattering problems concerning closed medium can be identified by an integral equation involving Green's function as it is mentioned. Therefore, we begin with finding Green's function of closed medium. Then, scattered field is calculated numerically. Integral equation is discretized and total field is computed for each cell. The decrease in cell size serves better object modeling, so cell side is chosen at most λ/16. Accuracy of MoM process is very important for us and verification is necessary. For this purpose, analytic solution for closed medium is also performed. By the way, Green's function is employed as a 2D transverse magnetic (TM) polarized line source. When a single source is injected into simulation area, some deficiencies are encountered in imaging. Therefore, multi-source illumination is preferred in most cases. Besides, plenty of observers are located around the scatterer in a certain distance. Next, inversion algorithm is applied to achieve shape reconstruction. By doing so, Born Approximation and Newton methods are utilized. Born Approximation requires some restrictions to be satisfied. It provides improvements in outcomes if operating frequency and/or contrast are low. To explore object function, Born method enables us to use incident field in integral (data) equation instead of total one. In other words, scattered field is ignored. Then, discretization is performed for integral equation. However, ill-posedness is shown up while applying linear algebra. Hence, Tikhonov regularization is implemented. On the other hand, Newton method does not need any provision, so it is more advanced. It is an iterative method presented to find object function. It starts with guessing an initial value for sought object function. In every step, a new guess object function is proposed to reach or get close to real value of it. We selected a condition for error tolerance to halt the process when object function is close enough to real value. After reconstruction for closed medium is fulfilled, conducting surrounding is removed. Forward and inverse problems are solved for unbounded medium using appropriate Green's function. The background medium can be a free space or dielectrically filled. Several tests are practiced to observe the impact of conducting boundary on reconstruction and localization of object in closed mediums. The selection of radius of conducting enclosure is very important. The most favorable distance between observers and conducting enclosure "λ/4" is also affirmed. In addition, size of reconstruction area is examined. Born method offers us quality imaging for particular cases. The increase in contrast deteriorates the results. Therefore, Newton method is also applied to same settings. The drawback of Newton is to find a convenient initial value for contrast. If it is not picked properly in the beginning, simulation duration lasts longer or forever. In conclusion, forward problem is verified by means of analytic solution. Born and Newton methods are successfully performed for inversion. The reconstruction and localization is succeeded. Multi-source effect is analyzed and its performance is highlighted. Unfortunately closed medium solutions do not provide great enhancement in imaging as supposed. For most cases, shape reconstruction is not corrupted at least. There has to be some advantages of closed mediums, because they preserve the simulation area.

1 MHz çıkış frekansında 80+ dB SFDR başarımı elde eden 0.18 um 16-b 32 MSPS CMOS gerilim çıkışlı sayısal-analog çevirici tasarımı

Interfacing digital domain signals to an analog control or transfer system requires an integrated circuit (IC) element referred to as a digital-to-analog converter (DAC). Achieving high precision and high dynamic linearity at high sampling speeds and high output frequencies is an ever on-going research challenge due to the complexity of interconnected tradeoffs involved in the performance of such architectures. Due to the nature of these performance tradeoffs, certain architectures are used for certain applications which prioritize 6 main parameters: physical size, power consumption, resolution, bandwidth, precision/sensitivity and cost. Most DAC architectures used in all kinds of communications, data acquisition, signal processing, and control systems can be categorized into one of two families (i) Current-mode type architectures that offer high speed at the cost of monotonicity, drift sensitivity and precision settling; (ii) Voltage-mode type architectures that address the precision settling problem but have its shortcomings in speed and resolution. This work addresses the unmet need for a precision settling, high speed and high bitrate DAC architecture by taking the standard resistor-string type buffered voltage output architecture and greatly improving its dynamic linearity for driving time-varying loads at high output frequencies. Typical operation of a resistor string-type DAC involves selecting nodes on a resistor string with a certain switching architecture dictated by the input decoder, and driving the output load through a voltage buffer. The resistor string sits between two voltage references and divides the full scale input into equal steps. DC performance of such converters is determined by the precision of the voltage references and more importantly the matching of the elements on the resistor string. These so-called static nonlinearities can be digitally calibrated to give 16-bit accuracy at low bandwidth; but error mechanisms that affect the dynamic linearity at high output frequencies remain mostly unsolved. The most fundamental dynamic performance metric of DACs is the spurious-free dynamic range (SFDR) of the output waveform. SFDR is the ratio of the root-mean-squre signal amplitude to the highest spurious component in the first Nyquist zone and is closely related to total harmonic distortion (THD) and intermodulation distortion (IMD), thus a good measure of dynamic linearity. In this work, most simulation results are presented in reference to the SFDR of the full-scale output waveform. What is considered to be the current state-of-the-art 16-bit voltage output DAC (TI-DAC8580) gives 63 dB SFDR for a 200 kHz, which is the highest frequency listed on specification. The architecture presented in this work surpasses this performance by a great amount, giving a layout extracted 83 dB SFDR for a 1 MHz signal. Six main dynamic error mechanisms were identified and compensated to achieve this performance. Code-dependent interpolating amplifier input capacitance is compensated by the inclusion of a dummy interpolating amplifier and dummy differential pair switch structure. Code-dependent resistor string equivalent resistance and code dependent Vgs and Vbs varying switch bank on-resistance are compensated with the inclusion of tap point calibration resistors. Charge injection and related glitches on the output bus are reduced by a unique fully differential resistor string and differential interpolating instrumentation amplifier architecture. Interpolating amplifier output stage nonlinearity is reduced by driving the class AB output stage transistors at their velocity saturation region. LSB sensitivity to floating resistor string loops are reduced by implementing a loop pre-charge stage on the fully differential resistor string. Aside from the development of such novel architectures, other specifics of all stages on schematic, as well as on layout, are optimized to reduce distortion by keeping the output bus settling characteristic fast and code independent. Simulation environment is chosen to be Spectre+AMS running on Cadence 6.02 evaluating BSIM4 models of the TSMC 018 um process. The unmodified standard architecture which was the starting point of this work has a 60 dB schematic level SFDR for a 1 MHz (f0), 32 MHz (fs), 2 Vpp output signal. The final design has a 88 dB schematic level SFDR, 83 dB layout level SFDR under the same conditions, tested under process corner, temperature range and supply drift variations. Tape out is expected to be April 2015.

Analiz ve sentez seyreklik için sözlük öğrenme algoritmaları ve görüntü işlemede uygulamaları

İşaret işleme alanında ses, video, metin ya da görüntü işaretinin gözlemlerini kullanarak işareti geri çatma problemi oldukça sık karşılaşılan önemli bir problemdir. Bir x işareti ve y gözlemlerine ait, doğrusal bilgi edinme modeli Ax=y şeklinde gösterilebilir. Bilindiği üzere, bir işareti gözlemlerinden kayıpsız bir şekilde geri elde edebilmek için en az işaret boyutu kadar gözlem bilgisine sahip olmak gereklidir. Bu klasik bilgiye göre işaret boyutundan daha az gözlem verisi ile işareti geri elde etmek imkansız gibi görünmektedir. Ancak bazı varsayımlar altında işaret boyutundan daha az sayıda gözlem ile işareti geri elde etmek mümkün hale gelmektedir. Bu varsayımlardan biri işaretlerin 'seyrek' olduğu varsayımıdır. Seyrek gösterilim ile bir işaret kendi boyutundan daha az sayıda katsayı kullanılarak ifade edilebilmektedir. Bu özellik sebebiyle işaretlerin seyrek gösterilimi, işaret işleme alanındaki geri çatma, sıkıştırma, görüntü ayrıştırma, gürültü azaltma, öznitelik çıkarma ve sınıflandırma gibi birçok problemin çözümünde kullanılmaktadır. İşaretlerin seyrek gösteriliminde temel olarak sentez ve analiz model olmak üzere iki model vardır. Sentez modelde işaret bir sözlük ve bir seyrek katsayı vektörü kullanılarak ifade edilir. Burada kullanılan sözlük aşırı tam bir sözlüktür ve bu sözlüğün, seyrek katsayı vektörünün sıfır olmayan elemanlarına denk düşen sütunlarının doğrusal kombinasyonu ile işaret seyrek bir şekilde gösterilmektedir. İşaretin seyrek gösterilimi için kullanılan sözlük sütunu sayısı işaretin boyutundan oldukça düşüktür. Analiz modelde ise işaretin seyrek gösterilimi, bir operatör ile seyrek gösterilimi aranan işareti çarpmak suretiyle elde edilir. Ancak son yıllarda bu modellerin yanı sıra analiz modelin genelleştirilmiş hali olan seyrekleştirici dönüşüm modeli de oldukça verimli bir model olarak karşımıza çıkmaktadır. Bu modelde analiz modeldekine benzer operatörler daha az hesapsal karmaşıklık ile elde edilebilmektedir. Bu yüksek lisans tez çalışmasında işaretlerin seyrek gösteriliminde kullanılan modeller ve özellikle bu modellerdeki temel problemler olan sözlük öğrenme, operatör öğrenme ve seyrekleştirici dönüşüm öğrenme problemleri incelenmiştir. Bu problemlerin çözümü için sunulan çeşitli algoritmalar MATLAB ortamında gerçeklenmiştir. Ayrıca analiz modelinin ve seyrekleştirici dönüşüm modelinin avantajlarını bir araya getiren yeni bir seyrekleştirici dönüşüm operatörü öğrenme algoritması tanıtılmıştır. Bu tanıtılan algoritma ile analiz modelinin en yaygın bilinen algoritması görüntü gürültüsü giderme uygulaması ile karşılaştırılmıştır. Bu karşılaştırmaya ilişkin sonuçlar da tez çalışmasında verilmiştir.

CMOS OTA tabanlı endüktans, direnç benzetimi devreleri ve uygulamaları

Bu çalışma kapsamında, farklı DO-OTA elemanlarını analog devrelerde kullanarak endüktans ve direnç benzetimi sağlayıp, bu benzetimler sonucu elde edilen endüktans ve direnç simülatörleri ile farklı uygulamalar oluşturulması amaçlanmıştır.Bu tezin amacı akım modlu ayarlanabilir bloklar tasarlayarak haberleşme dalında öneriler getirmektir. Son yıllarda, aktif süzgeç, osilatör gibi analog devre bloklarının gerçekleştirilmesinde akım modlu devreler geleneksel gerilim modlu devrelerin yerini almaya başlamıştır. Akım modlu devreler daha az güç tüketimine sahip olmaları, daha düşük besleme geriliminde çalışabilmeleri, daha geniş band genişliğine sahip olmaları, frekans cevaplarının ve hızlarının daha iyi olmasından dolayı tercih edilmişlerdir. Bu amaçla farklı aktif elemanlarla farklı yapılar oluşturulmuş, bunların başarımı ORCAD programının araçlarıyla incelenmiş, elde edilen sonuçlar kıyaslanarak birbirlerine göre üstünlükleri ve zayıflıkları ortaya konmuştur. Aktif elemanlarla gerçekleştirilmiş endüktans benzetimi devreleri üzerine birçok araştırma yapılmıştır. Benzetim devreleri ile CMOS teknolojisinde kullanılan pasif endüktans elemanının bazı dezavantajları giderilmeye çalışılmaktadır. CMOS teknolojisi ile üretilen pasif endüktans elemanı elektromanyetik etkileşime sahiptir ve bu nedenle gürültü meydana gelmektedir. Bir başka dezavantajı da fazla alan gerektirmesidir. Aktif elemanlarla bu gibi sorunlar giderilmeye çalışılırken, CMOS teknolojisi ile gerçekleştirilen benzetim devrelerinin yine de önemli kısıtları bulunmaktadır. Sınırlı band genişliği, gürültü performansı ve üretimden gelen rastgele dengesizlikler bahsedilen kısıtlardandır. Yapılan araştırmalarda klasik DO-OTA, klasik Arbel Goldminz, değiştirilmiş Arbel Goldminz yapıları incelenmiştir ve bu yapılar CMOS TSMC 0.18μ teknolojisi ile gerçeklenmek üzere ele alınmıştır. Bu düşünce ve literatür araştırma sonuçlarından sonra, ele alınan farklı DO-OTA yapılarının farklı kutuplama akımlarına göre akım geçiş karakteristikleri, gerilim geçiş karakteristikleri, eğimleri (g_m), giriş empedans karakteristikleri, çıkış empedans karakteristikleri ve çıkış akım karakteristikleri detaylı incelenmiştir. İncelenen DO-OTA yapıları ile direnç simülatörleri, endüktans simülatörleri ve seri rezonans devreleri SPICE benzetim programı yardımıyla kurulmuş ve test edilmiştir. Daha sonra Serdar Menekay ve diğerleri tarafından önerilen benzetim devre topolojileri ele alınmıştır. Ele alınan topolojiler bu çalışmada elde edilen endüktans ve direnç simülatör yapıları kullanılarak gerçeklenmiştir. Bir sonraki aşamada, çalışma kapsamında elde edilen yapılar, A.Uygur ve H.Kuntman tarafından CMOS akım farkı alan geçiş iletkenliği kuvvetlendiricisi (CDTA) kullanılarak oluşturulan yedinci dereceden eliptik video süzgecine uygulanmıştır ve benzetim sonuçları incelenmiştir. Bu süzgeç dört farklı DO-OTA yapısı ile elde edilen direnç ve endüktans simülatör yapıları kullanılarak gerçeklenmiştir. Farklı DO-OTA yapıları kullanılarak SPICE programı yardımıyla kurulan süzgeç yapısı idealleri ile birlikte karşılaştırılmıştır.

Bir hızlı DAC' ın çıkış katı için, SRFT yöntemi ile bir geniş band empedans eşleştirici ağı tasarımı ve gerçekleştirilmesi

One of the main concerns in RF design is transferring the power between terminals with different terminations. In this regard, impedance matching networks can play a crucial role in surmounting this issue. As the master thesis, this study was therefore conducted for purpose of designing and implementation of an impedance matching network as the output stage of a high speed DAC matching 6.25Ω to 50Ω. The design was accomplished by using SRFT (Simplified Real Frequency Technique) introduced first by Prof. B. S. Yarman and H. J. Carlin in 1982. This thesis consists of six chapters, dealing with the theory of the project, the software coding process in Matlab, simulations and verification, test circuit design and realization and the integrated design in TSMC 0.180 um technology process. In the first chapter, the motivation of the study is investigated. As it is mentioned, in order design a high-speed data converter satisfying defined design goals, there is a need for a small output load which in this study is a resistor with value of 6.25 ohm. Since the value of output load is different from the standard common loads such 50 ohm or 75 ohm there is a need for an impedance matching network for avoiding power dissipation. The second chapter deals with fundamentals of the chosen approach for designing desired impedance matching network. The third chapter explains how the technique is implemented in Matlab programs. In the forth chapter, the obtained circuit from the chapter 3 is simulated by ADS Keysight simulator. Also, some realization techniques such as lumped to distributed conversions are applied during the simulations. As the next steps are about realization and measurement of the designed network, the study is focused on measurement techniques. Since all of the measuring devices such as vector network analyzers use ports with characteristic impedance of 50 ohm, for sake of straight forward measuring, two test circuits with two different techniques are designed and implemented during chapter 5. As each of the test circuits include a transformer before the designed impedance matching network and after the 50 ohm port of the measuring device, converting 50 ohm to 6.25 ohm . Chapter 6 tries out the integrated version of the design. In this regard, the TSMC 180 um technology process is used. During this chapter the design is implemented with component models presented in RF library. Although the design is successful in maintaining the transducer power gain's wav form but it fails illustrate good results in gain; giving a lossy network.

Ortak hedefli röleli telsiz iletişim sistemlerinde bit ve enerji verimliliği analizi

Teknolojinin hızla ilerlemesine bağlı olarak daha küçük boyutlardaki donanımların işlem sığasının önemli ölçüde artmasıyla telsiz iletişim sistemlerinde karmaşıklığı daha yüksek, fakat başarımı çok daha iyi yöntemlerin kullanılması mümkün olmuştur. Dolayısıyla 90'lı yıllarda önerilen yüksek başarımlı kanal kodlama teknikleri 2000'lerde pratik olarak gerçeklenebilir hale gelmiştir. Seleflerine göre kanal sığasını daha verimli kullanan bu sistemlerle telsiz iletişim sistemleri başarımında önemli bir sıçrama gerçekleştirilmiş ve UTRAN, 802.11 gibi protokol standartlarıyla telsiz iletişim sistemleri telli iletişim sistemlerine alternatif sunabilir konuma gelmiştir. 2006 sonrasında ise önce akıllı telefonların, sonrasında tablet ve ultrabook gibi aygıtların yaygınlaşmasıyla geniş bant iletişim ihtiyacı duyan gezgin birim sayısında önemli bir artış olmuştur. Bu durum araştırmacıların telsiz iletişim sistemlerine olan ilgisini arttırmış ve daha yoğun akademik eğilimlerle telsiz iletişim tekniklerinin başarımındaki yükseliş ivmelenmiştir. Günümüzde E-UTRAN (LTE-A) ve 802.11ac gibi standartlarla gigabit mertebesinde veri bloklarını bir saniye içerisinde aktarmak mümkün hale gelmiştir. Yukarıda belirttiğimiz ve on seneden az bir sürede gerçekleştirilen ilerlemede çok girişli – çok çıkışlı (MIMO) sistemlerin payı büyüktür. Literatürde bulunan çeşitli çalışmalarda doğru koşullarda tasarlanan MIMO yapıları uzay – zaman kod tasarımlarıyla kullanılarak sistem başarımında çok önemli kazanımlar sağlandığı görülmüştür. Öte yandan işlem gücü artarken, boyutların genellikle küçüldüğü gezgin birimlerde istenen miktarlarda anten çoğullaması sağlamak çoğunlukla olanaksızdır. Bu noktada araştırmacılar iletişim sistemindeki farklı kullanıcıların birbirlerine ya da iletişim ağındaki adanmış röle birimlerinin işaretleşmeye yardım ettikleri sanal anten dizilerinin telsiz iletişim sistemlerinde kullanımını önermişlerdir. Sistem içerisindeki farklı birimlerin işbirliğine dayanan bu yapılar MIMO ağlarıyla aynı derecede başarım sağlayabiliyor olmaları nedeniyle ilgi odağı konumundadır. Telsiz iletişim sistemlerine ilişkin diğer önemli bir nokta zaman, frekans, kod gibi kaynakların sistemdeki kullanıcılar için ortak olması ve artan uç birim sayısıyla birlikte hızı koruyabilmek için bu kaynakları arttırmak gerektiğidir ki çoğu zaman bu olanaksızdır. Bu durum telsiz iletişim sistemlerinin sığası için sınırlayıcı bir etkendir. Fakat işbirlikli iletişim sistemlerinin önerilmesine paralel olarak ortaya atılan ağ kodlamalı sistemler aynı kaynakların farklı kullanıcılar tarafından eş – zamanlı kullanımına olanak sağlamıştır. İlk olarak ağ kodlaması (SNC), sonrasında ise fiziksel katman ağ kodlaması (PNC) sistem kaynaklarının daha verimli kullanarak daha yüksek sistem sığalarına, iletim hızlarına olanak sağlamıştır. Bu tez çalışmasında, işbirlikli iletişim sistemleri ağ kodlamalı iletişim yapıları altında incelenerek bit iletim ve enerji verimliliği ekseninde analiz edilmiştir. Röle ve hedefin paylaşıldığı iki kaynak birimli örnek bir iletişim sistemi için altı farklı protokol önerilmiş olup bu yapılar birbirleriyle ve literatürdeki iki yönlü sistemlerle aynı koşullar altında karşılaştırılmıştır. Protokoller güvenilirlik ve hız odaklı iki farklı tasarım ölçütüyle oluşturulmuştur. Hızlı olan protokollerde amaç hedefe en kısa sürede en fazla bilgi bitini iletmek iken güvenilir sistemlerde hedefin hem kaynaklar hem de röle tarafından mutlaka besleniyor olması amaçlanmıştır. Protokoller, kaynakların farklı zaman ve aynı zaman aralıklarında iletim yaptıkları durumlar için iki farklı gruba ayrılmıştır. Aynı zamanda iletim yaptıkları sistemler eş – zamanlı sistemler olarak adlandırılmış olup fiziksel katman ağ kodlamalı yapıdadırlar. Ayrık – zamanlı iletim yaptıkları durumda ise kaynakların iletimi klasik zaman çoğullamalı yapıdadır; buna karşın röle birimi ağ kodlamalı olarak iletim yapmaktadır. Bu nedenle ayrık – zamanlı sistemlerin klasik zaman çoğullamalı yapılarla ağ kodlamalı yapıların bir karması olduğu söylenebilir. Tüm tasarımlarda hata yayılımını engellemek için röle ve/veya hedef birimlerinde ARQ uygulanmıştır. Önerilmiş olan bu altı protokolün bit iletim verimliliği ve enerji verimliliği kuramsal çıkarımlarla ve benzetim sonuçlarıyla incelenmiştir. Başarımın iletim hızının kanal sığasının üstünde ya da altında kalması durumuna göre hesaplandığı bit iletim verimliliği için herhangi iki düğüm arasındaki anlık işaret – gürültü oranına bağlı kanal sığasının, iletim hızının altında kalması durumunda bu iki düğüm arasındaki iletişimin servis dışı kalacağı söylenebilir. Bu bilgiden hareketle bit iletim verimliliğine, kanal sığalarının altında kalarak hedef birime iletilen ortalama bit sayısı denilebilir. Enerji verimliliği ise iletilen bu ortalama bit sayısı için harcanan enerji miktarıdır. Benzetim sonuçlarıyla desteklendiği üzere sistemlerin ayrı ayrı tasarımlarıyla ilişkili olmakla beraber genel olarak eş – zamanlı sistemlerin daha yüksek en büyük bit iletim hızlarına ulaşabildiği, ayrık – zamanlı sistemlerinse düşük işaret – gürültü oranı ya da yüksek iletim hızlarında başarımlarını daha uzun süre koruyabildikleri söylenebilir. ARQ'yu hedefte uygulamanın ise rölede uygulamaya göre bit iletim verimliliği anlamında daha etkin bir çözüm olduğu belirtilebilir. Enerji verimliliği anlamında kötü ortam koşullarına daha az duyarlı olan (düşük SNR, yüksek hız) ayrık – zamanlı sistemler genel olarak daha başarılıdır. Hedefte ARQ uygulayan sistemler ise rölede ARQ uygulayan sistemlere göre daha verimlidir. Serbest uzay yol kaybının dikkate alındığı durumlarda röle konumunun uygun seçimiyle rölenin ARQ uyguladığı sistemlerin başarım artışı daha fazla olmakta, hatta düşük işaret – gürültü oranlarında rölede ARQ'lu sistemler yukarıda varılan yargının aksine hedefte ARQ'lu sistemleri bit iletim verimliliği anlamında geçebilmektedir. Benzer bir yorum enerji verimliliği üzerine de yapılabilir.

MIMO sistemler için sinyal tanıma algoritmaları

Bilinmeyen haberleşme sinyallerinin gözü kapalı ve işbirliksiz şekilde tanınması için geliştirilen sinyal tanıma teknikleri günümüzde askeri ve sivil uygulamalarda sıklıkla kullanılmaktadır. Bu tekniklerle alıcıdaki bilinmeyen veya kısmen bilinen bir sinyalin modülasyon tipi, bant genişliği, taşıyıcı frekansı, kullanılan çoklu erişim ve frekans yayma metodları gibi kendine özgü iletim parametreleri işbirliksiz ve gözü kapalı şekilde tespit edilebilmektedir. Kablosuz sayısal iletişim sistemlerinin giderek yaygınlaşması ve kullanıcıların her geçen gün artan yüksek veri hızı ve servis kalitesi talepleri, kablosuz sayısal haberleşme sistemleri için daha fazla kapasite vaadeden yeni haberleşme tekniklerinin geliştirilmesi doğrultusunda yapılan çalışmaları hızlandırmış, yenilikçi kablosuz haberleşme tekniklerinin hızla çoğalıp çeşitlenmesinin önünü açmıştır. Sinyal tanıma algoritmalarının bu çeşitlilikle baş edebilmeleri için zaman içinde geliştirilen her yeni iletim tekniğini içerecek şekilde durmadan genişletilmeleri ve modifiye edilmeri elzemdir. Verici ve alıcıda birden çok antenin kullanılmasıyla yüksek veri hızları ve kapasite artışı sağlayan Çok Girişli Çok Çıkışlı (Multiple-Input Multiple-Output, MIMO) sistemleri yukarıda bahsedilen son on yıl içinde ortaya çıkmış yeni haberleşme tekniklerinden belki de en çok umut vaadedeni olarak görülebilir. MIMO sistemler, Tek Girişli Tek Çıkışlı (Single-Input Single-Output, SISO) sistemlere göre daha karmaşık yapıda olduğundan, verici anten sayısı ve uzay-zaman kodları (Space-Time Codes, STC) gibi SISO sistemlerde geçerli olmayan ancak tanınması gereken yeni iletim parametrelerini de beraberinde getirmiştir. Ayrıca SISO sistemler için geliştirilen modülasyon tipi tanıma algoritmalarının, alıcı antenlerdeki kendine-girişim sebebiyle MIMO sistemlerde kullanılması mümkün değildir. Bu tezde MIMO sistemler için yenilikçi sinyal tanıma algortimalarının geliştirilmesi üzerinde çalışılmıştır. Bu bağlamda iki temel sinyal tanıma algoritması önerilmiştir. Bunların ilki, kodlanmış sinyal vektörlerinin döngüsel-durağan karakteristiklerinin farklı uzay-zaman blok kodlarını (Space-Time Block Codes, STBC) birbirinden ayırt etmek amacıyla kullanıldığı ortakça anten sayısı-uzay-zaman blok kodu sınıflandırma algoritmasıdır. İkincisi ise anten sayısı tespiti ile modülasyon tipi tanıma problemlerinin birlikte ele alındığı minimum tarif uzunluğu (Minimum Description Length, MDL) bazlı yenilikçi bir ortakça anten sayısı- modülasyon tipi sınıflandırma algoritmasıdır. MIMO sistemlerde sinyal tanıma konusunda literatürdeki diğer çalışmaların aksine, önerilen algoritmalar anten sayısı tespiti, modülasyon tipi tanıma ve uzay-zaman blok kodu tanıma problemlerini ayrı ayrı değil de ikili olarak ortakça ele almaktadır. Bununla birlikte, önerilen ortakça anten sayısı-uzay-zaman blok kodu sınıflandırma algoritması, literatürdeki diğer yöntemlerin aksine, kod uzunlukları birbirine eşit uzay-zaman blok kodlarını da birbirinden ayırt edebilmekte, 2'den fazla verici anten için tasarlanan uzay-zaman blok kodlarının da tanınmasında kullanılabilmektedir. Önerilen ortakça modülasyon tipi ve anten sayısı tespiti algoritması ise çok az ön bilgi ile yüksek bir performans sergilemektedir.

Yüksek band genişlikli 8-bit 20 Msps SAR ADC

Real time oscilloscopes require very high speed analog to digital (A/D) conversion. 1 GHz bandwidth is common among mid-end oscilloscopes today, whereas up to 40 GHz bandwidth can be achieved by state of the art, high-end oscilloscopes. A/D converters in such oscilloscopes need to be 2 Gsps and 80 Gsps respectively. Due to high bandwidth of the input signal, and difficulty of maintaining a linear, low jitter and low noise analog front-end, most oscilloscopes use no more than 8-bits of resolution in their A/D conversion stages. Other than achieving raw speed, lowering the power consumption of the A/D conversion becomes important for a certain class of battery powered, hand held oscilloscopes. Successive approximation register (SAR) type A/D converters have recently gained popularity in high speed applications due to their inherently low power consumption. To compensate for the relatively low conversion rate of the SAR ADCs, time interleaving of multiple A/D converters can be used. To have a smaller number of A/D converters in a time interleaved application, it becomes necessary to design a high bandwidth, fast and small SAR A/D converter. The purpose of this thesis is to demonstrate the design of such an A/D converter, using a standard 180nm CMOS process, for future work on time interleaving. Main specifications of the A/D converter are 1 GHz analog input bandwidth, 20 Msps sampling rate, 8-bits of resolution, and more than 6 effective number of bits at Nyquist frequency across process, supply, temperature, and chip to chip variations. To help reduce mismatch effects during time interleaving, the A/D converter is offset cancelled, and voltage references will be shared. Capacitor mismatch effects will not be pronounced for 8-bits of resolution. 100-way interleaving of such an A/D converter will be needed to design an 2 Gsps oscilloscope A/D converter, which is out of the scope of this work. Optimization of the design for lowest possible power consumption and smallest area is also beyond the scope of this thesis. In this work, a reliable and feasible 8-bit, 20 Msps SAR A/D converter with 1 GHz bandwidth is presented using 180 nm standard CMOS process. A five stage comparator with 3-stage output offset cancellation is designed, characterized using simulation and laid out. A fully differential capacitive DAC driven by the SAR logic is designed and characterized using simulation. Three reference buffers for Vref+, Vref- and Vcm are also designed and characterized via simulation. Finally, the A/D converter using an effective timing pattern is constructed and characterized for offset, differential linearity (DNL), integral linearity (INL), spurious free dynamic range (SFDR), signal to noise and distortion (SINAD), signal to noise ratio (SNR) and effective number of bits (ENOB). Simulations indicate that at full Nyquist bandwidth, the A/D converter exceeds 6 ENOB across process, voltage, temperature and chip to chip variation, with a nominal results of 7.2 bits. At a low 1 MHz input frequency, the nominal corner shows an ENOB of 7.95. Power consumption is typically 15mW excluding reference buffers, which will be shared during interleaving.

Örneklem tabanlı gürbüz konuşma tanıma

Bu çalışmadaki amaç örneklem tabanlı yöntemlerin gürbüz konuşma tanıma konusundaki başarımını ölçmektir. Bu amaçla "Seyrek Sınıflandırma" isimli bir yöntem gerçeklenmiştir. Ayrıca elde edilen sonuçlar, yöntemin başarımını ölçmek adına klasik SMM-GKM tabanlı bir konuşma tanıma sisteminin sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Çalışmanın birinci bölümünde otomatik konuşma tanıma sistemleri hakkında kısa bilgi verilmiştir. Devamında ise gürültünün konuşma tanıma işlemine olan olumsuz etkisinden bahsedilmiştir ve literatürde kullanılan gürbüz konuşma tanıma yöntemlerine değinilmiştir. Bunlardan biri çok durumlu eğitim yöntemidir. Ancak bu yöntem yüksek başarım oranları elde edebilmek için çok fazla gürültü çeşidini içinde barındıran veri setleri gerektirmektedir. Bunun yanında gürültü içeren konuşmalardan eğitilen modeller temiz konuşmaları tanırken, temiz konuşmalardan eğitilen modellere göre daha kötü başarım vermektedir. Bu amaçla literatürde model dengeleme ve öznitelik iyileştirme gibi yaklaşımları kullanan yöntemler kullanılmaktadır. Bunlara ek olarak, gürbüz konuşma tanıma için, literatürdeki örneklem tabanlı konuşma tanıma yöntemlerinden biri olan Seyrek Sınıflandırma yöntemi kullanılmaktadır. Bu yöntem modeli ya da öznitelikleri güncellemek yerine, gürültülü konuşmaları gürültü ve konuşma örneklemlerinin seyrek doğrusal birleşimi cinsinden ifade ederek bir kaynak ayrıştırması yapmaktadır. Bu yolla gürültülü bir konuşmanın temiz konuşma bileşenine yakınsanmaktadır. İkinci bölümde Markov zinciri ve SMM hakkında ayrıntılı bilgi verilmiştir.SMM'ye ait üç problem ve bu problemlere çözüm olarak kullanılan algoritmalar anlatılmıştır. Üçüncü bölümde konuşma tanıma sisteminin bileşenleri, SMM'nin konuşma tanıma yapısında nasıl kullanıldığı, eğitim ve test işlemlerinin nasıl yapıldığı, öznitelik vektörlerinin çıkarım şeması verilmiştir. Dördüncü bölümde örneklem tabanlı konuşma tanıma hakkında bilgi verilmiştir. Öncelikle literatürde çokça kullanılan ve Destek Vektör Makineleri, Yapay Sinir Ağları ve Saklı Markov Modelleri gibi örnekleri olan global modelleme teknikleri ve örneklem tabanlı modelleme tekniklerinin farkı üzerinde durulmuştur. Daha sonra örneklem tabanlı teknikleri konuşma tanımaya uygularken takip edilen adımlar açıklanmıştır. Bölümün devamında ise seyrek gösterimin örneklem tabanlı konuşma tanıma uygulamalarında kullanımı incelenmiştir. Son olarak ise bu çalışmada gerçeklenen örneklem tabanlı Seyrek Sınıflandırma yöntemi anlatılmıştır.Beşinci bölümde yapılan deneyler ve sonuçları anlatılmıştır. Öncelikle eğitim ve test setlerinin nasıl elde edildiği ve hangi işlemlerden geçirildiği anlatılmıştır. Daha sonra bu setler kullanılarak HTK ile yapılan eğitim ve test işlemleri, sonrasında ise seyrek sınıflandırma yöntemi için yapılan çalışmalar anlatılmıştır.Bu çalışmanın sonucunda Seyrek Sınıflandırma yöntemi yardımıyla bir konuşma tanıma sistemi gerçeklenmiştir. Bu yöntem HTK yardımıyla gerçeklenen klasik bir konuşma tanıma sisteminin sonuçları ile karşılaştırılmış ve Seyrek Sınıflandırma yönteminin düşük İGO değerleri için SMM-GKM tabanlı sisteme göre daha iyi başarım sağladığı görülmüştür.

Şebeke fonksiyonları sanallaştırma kullanarak IMS şebekelerinde dinamik yük paylaşımı

Long Term Evolution (LTE) access technology has become a de facto standard to meet the unprecedented mobile traffic increase. LTE, which has an all IP based architecture, uses IP Multimedia Subsystem (IMS) at the core network for delivering and managing IP multimedia services. IMS systems has several functions like P-CSCF, I-CSCF, S-CSCF and HSS. On the other hand cloud technologies and commercial off the shelf(COTS) HW are evolved in recent years which gives also the possibility to virtualize network functions. Virtualization at telecom networks is also necessary to overcome high capex investment costs coming with high data traffic due to smartphones, Internet of Things(IOT) devices and decreasing revenues. Network Function Virtualization (NFV) is utilized to simplfy the deployment and management of constantly evolving and highly complex networking services. NFV also helps to dynamically scale network resources when capacity is really needed. Using COTS HW will also reduce opex costs since the HW used for IT and networks services will be similar. On the other hand NFV gives the possibility to decrease used power resources by allowing dynamic scaling down the capacity when the network traffic is low. This also makes the green network in reality. In this thesis, we propose a dynamic load management framework for IMS networks using NFV. In the proposed framework, IMS functions are created within a single virtual machine (VM) instance and moved to the cloud environment hosted by a general purpose hardware system. Requests coming from the IMS clients are first processed by a load balancer module to efficiently distribute the incoming load over a pool of multiple IMS VMs. The decision of switching an IMS VM instance on or off is performed by the VM provisioning service using the resource utilization information periodically received from the IMS VMs. We utilized open source tools to implement the dynamic load management framework. The proof-of-concept experiments using a real testbed environment demonstrate that the proposed framework significantly increases the scalability of the IMS networks for the highly loaded traffic scenarios. In thesis we have build a real testbed environment with open source tools. Open IMS is used for IMS functions like P-CSCF, I-CSCF, S-SCSF and HSS. Open SIPS is used as load balancer for balancing Sesssion Initiation Protocol (SIP) traffic towards IMS. IMS Bench SIPp used for SIP traffic generation. Zabbix monitoring tool used for monitoring IMS instances and starting new instances when needed because of high CPU load in active IMS nodes. The advantage of our testbed is showing real results since it is build completely by real products other than simulation tools like NS2 or Omnet+. These open source products installed on VMWare Workstation as VMs and necessary configurations done for these tools. Some configuration and source code change was also necessary at Open IMS, Open SIPS side for the integration of these tools. Scripting at Open SIPS load balancer and IMS Bench SIPp was necessary for the test scenarios like IMS calls , IMS registration and distributing the SIP traffic to IMS nodes effectively. To obtain the test results we run scenarios with LB and without LB for several times and used average values in our graphics. Results obtained shows that putting load balancer is increasing CSRs (Call Success Rate) significantly when compared with the scenario without load balancer.

Fiziksel klonlanamaz fonksiyonlar yardımıyla anahtar üretimi ve lisans doğrulama

Sahtecilik faaliyetleri global ekonomi için büyük bir tehdittir. Klonlama, istek fazlası üretim, kurcalama (tampering), tersine mühendislik başlıca sahtecilik yöntemlerindendir. Lisansız kullanılan veya sahte ürünler birçok firmanın ekonomisine ve marka değerine büyük zararlar vermektedir. Özellikle askeri uygulamalar ile havacılık ve tıp elektroniği uygulamalarında yapılan sahtecilik faaliyetlerinin ölümcül sonuçları olabilmektedir. Sahtecilik faaliyetlerini engellemek için güçlü kriptografik protokollere ve güvenli tanımlama bilgilerine ihtiyaç duyulmaktadır. Fiziksel klonlanamaz fonksiyonlar (PUF) içlerinde çalıştıkları fiziksel ortama özel değerler üretmeleri ve kopyalanamaz olmaları sayesinde güvenli tanımlama bilgilerinin üretilmesinde kullanılabilirler. Bu yapılarla daha güçlü yetkilendirme protokolleri oluşturularak elektronik tasarımların güvenliği arttırılabilir. Günümüzdeki kriptografik sistemlerin birçoğunda kullanılan anahtarlar ve diğer tanımlama bilgileri bir bellek üzerinde saklanır. Bu gibi kritik bilgilerin sistem içerisinde sürekli varolması zaman zaman güvenlik zaafiyeti oluşturmaktadır. Ayrıca anahtarların üretilmesi ve dağıtılması da sistem güvenliği açısından son derece kritiktir. PUF gibi gerektiği zaman sonucu kolayca okunabilen ve kullanıldığı donanıma özgü çıkış veren fonksiyonlar gerek anahtarın üretilmesi problemine gerekse anahtarın sürekli saklanması problemine karşılık çözüm üretebilirler. Fakat PUF'lar çevresel etkiler ve elektronik gürültü gibi sebeplerle tekrar tekrar okunduklarında çoğu zaman aynı çıkışı veremezler. Kriptografik uygulamalarda kullanılan anahtarlarda hatalı verinin olmaması gerekir. Bu nedenle PUF'lar üzerinde hata giderme işlemi yapılması gerekmektedir. Hata giderme işlemi için sayısal haberleşme sistemlerinde uzun zamandır kullanılan hata düzeltme kodlarının kullanılması (error correction codes) önerilmiştir. Hata düzeltme kodları ile hatasız PUF verileri elde edebilmek için elde edilmek istenen hatasız bit sayısından çok daha fazla PUF bitine ihtiyaç duyulmaktadır. PUF ve hata giderme sisteminin kapladığı alanın bunlarla gerçeklenecek sistemlerin geri kalanını baskı altına alacak şekilde büyük olmaması istenmiştir. Bu nedenle seçilecek PUF yapısının az alanda çok sayıda bit sağlaması istenmektedir. Çalışma kapsamında FPGA platformu üzerinde PUF hataları giderilerek anahtar üretimi gerçeklenmiş ve bu anahtarı kullanan bir lisans doğrulama protokolü oluşturulmuştur. FPGA üzerinde gerçeklemeye uygun olması bakımından halka osilatörlü PUF (RO-PUF) yapısı seçilmiştir. Standart halka osilatörlü PUF yapısı daha az alandan daha fazla bit alabilmek amacıyla yeniden konfigure edilebilir halka osilatörlü PUF yapısına çevrilmiştir. Ayrıca sayıcı çıkışları üzerinde Lehmer ve Gray kodlama yapılmıştır. Hata düzeltme kodu olarak kodlayıcı ve kod çözücüsünün kolay tasarlanabilmesi bakımından birinci derece Reed Muller kodları kullanılmıştır. Elde edilen hatasız PUF bitleri bir LFSR tabanlı Toeplitz özet fonksiyonundan geçirilerek 128 bitlik anahtar elde edilmiştir. Elde edilen anahtar ile bir lisans doğrulama sistemi (dongle) tasarlanmıştır. Buna göre bir IP veya ürün bu lisans doğrulama sistemi ile iletişime geçerek kendisinin lisanslı olup olmadığını kontrol edebilmekte eğer doğru dongle takılı değil ise çalışmamaktadır. Sistemin güvenliği için kritik olan anahtarın dongle dışına çıkmamasını sağlamak üzere bu sistemde RSA açık anahtar kriptografisi tercih edilmiştir. RSA anahtarlarının bazı koşulları sağlaması gerektiğinden PUF çıkışından elde edilen 128 bitlik değer doğrudan anahtar olarak kullanılamamıştır. Bu nedenle PUF çıkışlarından açık ve gizli RSA anahtarlarını üreten bir anahtar üretici blok tasarlanmıştır. Ayrıca RSA şifreleme, şifre çözme, imzalama ve doğrulama işlemlerini gerçekleyen bloklar tasarlanmıştır. Tüm RSA sistemleri yazılımsal olarak gerçeklenmiştir. Platform olarak Microblaze işlemcisi ve büyük sayılarla yapılan işlemler için BigDigits kütüphanesi kullanılmıştır. Çalışma sonunda FPGA platformu üzerinde çalışan PUF tabanlı bir anahtar üretici sistem ve bu sistemi kullanan bir lisans doğrulama sistemi elde edilmiştir.

Klasik ve ağ kodlamalı OFDMA sistemlerde alt-taşıyıcı atama

Telsiz haberleşmedeki performansı etkileyen en temel unsurlardan olan sönümleme, güvenilir ve kaliteli bir iletişim için problem teşkil etmektedir. Sönümlemenin yanında iletim hızı, bandverimliliği, kaynak ataması gibi unsurlar da sistemlerin performansını büyük ölçüde etkilemektedir. Sönümleme etkisini azaltmak için kullanılan tekniklerden biri olan işbirlikli çeşitleme sayesinde haberleşme sistemlerinin hata performansı, iletim hızından kayıp karşılığında iyileşmektedir. Ağ kodlama tekniği, işbirlikli sistemlerin iletim hızındaki bu kaybı önlemek amacıyla geliştirilmiş ve üzerinde son zamanlarda yoğun biçimde çalışmalar yapılan tekniklerden biridir. Ağ kodlamanın geliştirilmiş bir versiyonu olan rastgele ağ kodlamada ağ düğümlerine gelen veri paketleri, rastgele üretilen katsayılar ile çarpılarak kodlanmaktadır. Böylece rastgele ağ kodlamada, paket kaybına ve gecikmeye karşı daha çok direnç sağlanmaktadır. Aynı zamanda rastgele ağ kodlama ile sistemlerin iletim oranı ve bandverimliliğinin de iyileşmesi sağlanmaktadır. Telsiz haberleşmede, iletim oranı ve bandverimliliği ile yakından ilişkili olan önemli bir problem de kaynak ataması problemidir. Sınırlı frekans bandının sistemde bulunan kullanıcılar tarafından olabildiğince verimli bir şekilde kullanılması gerekmektedir. OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing, Dik Frekans Bölmeli Çoğullama) tekniği, frekans seçici kanallar üzerindeki iletişim güvenilirliği ve esnekliğini geliştirme potansiyeli nedeniyle; halihazırdaki ve gelecek nesil haberleşme sistemleri için önem teşkil etmektedir. OFDM'in çok kullanıcılı iletişim için önemli bir uygulaması da OFDMA'dir (Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access, Dik Frekans Bölmeli Çoğullama Erişimi). Özellikle çok kullanıcılı sistemlerde mevcut kaynakları, bandgenişliği sınırlamaları altında en uygun şekilde kullanmak gerekmektedir. Gelişen teknolojinin ve gezgin cihazları kullanan kullanıcı sayısının artmasıyla kaynak ataması, günümüzde büyük bir problem olarak karşımıza çıkmaktadır. OFDMA sistemlerinde kaynak ataması ile ilgili olarak alt-taşıyıcılar kullanılmaktadır ve veriler bu alt-taşıyıcılar aracılığıyla iletilmektedir. Kullanıcılara en uygun şekilde alt-taşıyıcı ataması yapılarak mevcut kapasite en uygun biçimde kullanılabilmektedir. Bir sistemde, alt-taşıyıcı ataması yaparak kullanıcıların mümkün olduğunca az kesinti durumunda kalmaları sağlanmaktadır. Alt-taşıyıcı atamasına ilişkin olarak, bir OFDMA sistemi, diyagram kuramı kapsamındaki rastgele ikili diyagram modeli ile gösterilebilmektedir. Rastgele ikili diyagramlarda, maksimum eşleme yöntemleri ile mevcut alt-taşıyıcılar kullanıcılara, en az sayıda kullanıcıyı kesintide bırakacak şekilde atanabilmektedir. Her kullanıcı, alt-taşıyıcı atanması bakımından aynı fırsata sahip olmaktadır. Rastgele ikili diyagramlarda maksimum eşleme ile alt-taşıyıcı ataması yapmak için Hopcroft-Karp algoritmasını kullanarak geliştirilen RVRHK (Random Vertex Rotation based Hopcroft-Karp, Hopcroft-Karp tabanlı Rastgele Düğüm Döndürmesi) algoritması kullanılmaktadır. Elde edilen sonuçlara göre, sadece maksimum eşleme algoritmaları ile alt-taşıyıcı ataması yaparak çeşitleme kazancı elde edilebilmektedir. RVRHK algoritmasının yanında, daha genel durumlar için en uygun alt-taşıyıcı ataması yapılması ile ilgili olarak ℋ-eşleme yaklaşımından yararlanılmıştır. ℋ-eşleme yaklaşımının ele alındığı alt-taşıyıcı atama algoritması olarak RVRHK'nın daha geliştirilmiş hali olan R^2 EHK (Random Rotation and Expansion based Hopcroft-Karp, Hopcroft-Karp tabanlı Rastgele Döndürme ve Çoğullama) algoritması kullanılmaktadır. Bu tezde, literatürde ilk olarak RVRHK ve R^2 EHK algoritmalarının sağladığı performans Nakagami-m kanallar için incelenmiştir. Bunun yanında, farklı kullanıcı ihtiyaçlarına uygun biçimde, Çoklu-R^2 EHK algoritması geliştirilmiştir. Gerçekten de, faydalanılan çalışmaların hepsinde kullanıcıların karşılamaları gereken iletim oranı her zaman sabit olarak kabul edilmiştir. Bir OFDMA sistemindeki kullanıcıların farklı servisleri kullanmaları durumunda, her kullanıcının farklı bandgenişliği ihtiyacı olacağından her kullanıcıya atanması gereken alt-taşıyıcı sayısı ve de her kullanıcının karşılaması gereken iletim oranı farklı olmaktadır. Bu nedenle, literatürde ele alınmayan ve diyagram kuramı ile geliştirilen yeni atama yöntemleri geliştirilerek kullanıcılara farklı sayıda alt-taşıyıcı atanması konusu ve kullanıcıların karşılamaları gereken iletim oranlarının farklı olma durumları da tez kapsamında ele alınmaktadır. Sabit sayıda alt-taşıyıcı atamasına göre farklı sayılarda alt-taşıyıcı atamasında, daha az sayıda alt-taşıyıcı ataması yapılan kullanıcılar, sistemin genel performansını belirlemede baskın olmaktadırlar. Kullanıcıların karşılaması gereken iletim oranı sabit iken, sistemdeki herhangi bir kullanıcıya diğerlerinden çok daha az sayıda alt-taşıyıcı ataması yapıldığında o sistemin genel performansı, her kullanıcıya sabit sayıda alt-taşıyıcı ataması yapılan sistemin genel performansına göre kötüleşmektedir. Buradaki amaç, kullanıcıların ihtiyaçlarına yönelik atama yapmak olduğundan performanstan ödün verilmektedir; fakat kullanıcıların ihtiyaçlarına göre başarılı bir şekilde alt-taşıyıcı ataması yapılabilmektedir. Ayrıca, kullanıcıların karşılaması gereken iletim oranlarının, atanacak olan alt-taşıyıcı sayısı ile orantılı olarak belirlenmesi durumunda tüm kullanıcılar aynı performansı vermektedirler. Bu tezin son bölümünde, klasik OFDMA sistemi için yapılan analizler, ağ kodlamalı OFDMA sistemlerine genelleştirilmiştir. Ağ kodlamalı OFDMA sistemlerinde, alt-taşıyıcıları kullanıcılara bağlayan yolları göstermek amacıyla ikili bir hiperdiyagram modeli önerilmektedir. Hiperdiyagramlar üzerinden ağ kodlamalı OFDMA sistemlerinde, kullanıcıların kesinti olasılıkları en az olacak şekilde alt-taşıyıcı ataması yapılmaktadır. Ağ kodlamalı bir OFDMA sisteminde, röle kullanımından dolayı elde edilen çeşitleme derecesi, klasik OFDMA sistemlerinde elde edilen çeşitleme derecesine göre artmaktadır. Böylece, kesinti olasılığı da oldukça iyileşmektedir. Tezden elde edilen sonuçlara göre sistemdeki kullanıcıların veri türlerine ve iletim hızlarına göre alt-taşıyıcı ataması yaparak sistemdeki bandgenişliği en uygun şekilde kullanılabilmektedir ve sistem verimi olabildiğince artırılmaktadır. Ağ kodlamalı OFDMA sistemleri daha karmaşık yapıya sahip olduğundan kaynak ataması, hız ve bandverimliliğinin hedeflenen şekilde sağlanması için kullanıcıların ihtiyaçları doğrultusunda alt-taşıyıcı ataması yapmak çok büyük avantajlar sağlamaktadır. Ağ kodlama tekniklerinin, gelecek nesil haberleşme sistemlerinde yer alacağı düşünüldüğünde, bu tez kapsamında önerilen yöntemler ve elde edilen sonuçlar, OFDMA kullanan yeni nesil telsiz haberleşme sistemlerinde alt-taşıyıcı ataması konusuna farklı bir bakış açısı getirmekte ve yeni çalışmalar için fikirler vermektedir.

FPGA üzerinde hafızalı hücresel otomat yapısı ile rastgele sayı üreteci tasarımı

Hücresel otomatlar, farklı boyutlarda hücreler dizisinden oluşabilen yapılardır. Yapısındaki hücreler değerlerini sonlu bir durum kümesinden alır. Uzay ve zamanın ayrık olduğu sistemlerdir. Hücresel otomatlarda, hücreler komşularıyla belirli bir kurala göre etkileşerek durum değiştirir. Bu şekilde zamanda ilerleyerek bir model ortaya çıkarırlar. Hücresel otomatlar, fiziksel, kimyasal ve biyolojik sistemlerin modellenmesinde kullanılmıştır. Cisimlerin çatlaması, bitki ve hayvanların gelişimi gibi bazı doğal olayların modellenmesini sağlamıştır. Ayrıca, hücresel otomatlar paralelliğinin de verdiği hızla görüntü işleme, görüntü tanıma gibi konularda da kullanılmıştır. Hücresel otomatlar, bu çalışmada da bahsedileceği gibi rastgele sayı üreteci tasarımında kullanılmıştır. Bu çalışmada bir boyutlu hücresel otomat yapısıyla ilgilenilmiştir. Önce temel hücresel otomat yapıları incelenmiştir. Temel hücresel otomatta, hücre komşularıyla belirli bir kurala göre etkileşime girerek bir sonraki durum değerini almaktadır. Sonra hafızalı hücresel otomat yapısı incelenmiştir. Bu yapıda, hücrenin bir sonraki değeri sadece komşularının şimdiki durumlarına değil, kendisinin ve komşularının önceki değerlerine de bağlıdır. Daha sonra hafızaya rastgeleliğin katıldığı hücresel otomat yapısı incelenmiştir. Buradan yola çıkılarak, hücrenin önceki değerlerine rastgele olarak bakılan yeni hücresel otomat yapısı tasarlanmıştır. Buna göre, hücrenin o anki değeri belirlenirken bir önceki ve şimdiki değerine rastgele olarak bakılır. Komşuları için de aynı işelm yapılır ve hücrelerin değerleri belirlenir. Böylece bu değerler belirli bir kurala göre etkileşerek hücrenin bir sonraki değerini belirlenir. Bu tasarımın FPGA üzerinde sayısal gerçeklemesi yapılmıştır. FPGA üzerinde çalıştırılan sistemin sonuçları bilgisayara alınarak hücresel otomatın yayılımı gözlenmiştir. Gerçekten rastgele sonuçlar alındığı görülmüştür. Sonra da bu sistem üzerinden rastgele sayı üreteci tasarımı yapılmıştır. Rastgele sayı üreteçlerinin, rastgeleliklerinin ne kadar güvenilir olduğunu ölçen testler vardır. Rastgele sayı üreteçlerinin bu testlerdeki başarı durumuna göre güvenilirlikleri hakkında yorum yapılabilir. Bu çalışmada da, tasarlanan rastgele sayı üreteci bu testlerden geçirilmiş ve başarılı sonuçlar alınmıştır.

Yakın alan haberleşmesi ile güvenli uygulamalar için donanım/yazılım ortak sistem tasarımı ve gerçeklenmesi

Yakın alan haberleşmesi (Near Field Communication - NFC) kısa mesafelerde bilgi alışverişini sağlayan bir kablosuz haberleşme teknolojisidir. Bu haberleşme sisteminin en önemli özelliği cep telefonuna entegre bir biçimde kullanıma olanak sağlamasıdır. Günümüzde yaygınlaşmış cep telefonu kullanımı göz önünde bulundurulduğunda NFC birçok kullanım alanında kullanıcılara daha öncesinde üstlerinde taşımak zorunda oldukları kart veya bilet gibi ödeme ya da geçiş için kullanılan cihazları kullanmadan zaten sürekli yanlarında taşıdıkları bir cep telefonu ile bu işleri yerine getirmelerine imkan vermektedir. Bu teknoloji ülkemiz dâhilinde pek sıklıkla olmasa da hali hazırda birçok ülkede ödeme, ulaşım, kontrollü giriş çıkış gibi birçok uygulama alanında kullanılmaktadır. Ancak NFC'nin kullanıldığı bu uygulamalar güvenlik açısından incelediğinde ve çeşitli saldırılara tabi tutulduğunda sahip olduğu güvenlik açıkları ortaya çıkmaktadır. Literatürde işlenen güvenlik açıkları iki NFC özellikli cihazın arasındaki haberleşmenin dinlenmesi, veri bozulması, veri eklenmesi ve veri değiştirilmesidir. Bu tez çalışmasında söz konusu ataklara karşı NFC özellikli cihazların güvenli bir haberleşme kanalı üzerinden veri aktarmalarına imkan sağlayacak bir sistem tasarımı ve gerçeklemesi yapılmıştır. Tasarımın NFC standartlarına sadık kalınarak yapılması amacıyla öncelikle bir gerçekleme ortamı altyapısı oluşturulmuştur. Bu alt yapı içerisinde bir NFC özellikli cihazın içinde bulunan NFC teknolojisi ile ilişkili alt birimlere karşılık düşecek iki adet haberleşme kartı tasarlanmış ve gerçeklenmiştir. Bu kartlar ile birlikte NFC kontrol birimi için iki adet FPGA geliştirme kartı üzerinde Microblaze işlemcisi kullanılmış ve NFC kontrol birimi yazılım tasarımı yapılmıştır. Yapılan tasarımların entegre edilmesi ile birimler arasında kablosuz NFC veri transfer hattı kurulmuştur. Söz konusu haberleşme kanalının güvenli hale getirilmesi amacıyla donanım / yazılım ortak sistem tasarımı yöntemi ile FPGA üzerinde bir doğrulama protokolü gerçeklenmiştir. Bu aşamada cihazlar arasında NFC bağlantısı kurulmasından önce karşılıklı olarak cihazların doğrulanması ve anahtar paylaşımı gerçekleştirilmiştir. Bu amaç doğrultusunda gerçeklenen donanım kısmında kapı seviyesinde çeşitli kriptografik algoritmalar, yazılım kısmında ise donanım olarak gerçeklenen kriptografik algoritmaların kullanılmasıyla söz konusu doğrulama protokolu gerçeklenmiştir. Sonrasında bu doğrulama protokolü NFC veri transfer akışı ile entegre edilmiş, haberleşme akışı dahilinde aktarılan mesaj, doğrulama protokolünün çalıştırılmasıyla üretilen anahtarlar kullanılarak şifreleme ve şifre çözme işlemlerine tabi tutulmuştur. Bu yol ile NFC özellikli birimler arasında güvenli bir haberleşme kanalı üzerinden veri aktarımı gerçekleştirilmiştir.

Büyük medikal veri setlerinin yaklaşık spektral öbeklenmesi için jeodezik tabanlı benzerlik ölçütleri

Clustering is the unsupervised classification to group patterns such as data, observations or feature vectors. Due to its extraction of clusters in a fast manner without supervised information, many different methods have been proposed in various applications. Among them, spectral clustering (SC) has been recently popular and successfully used in various areas such as image processing, computer vision and information retrieval, thanks to its ability to find irregularly shaped clusters and its independence from parametric cluster models. Spectral clustering is a manifold learning algorithm based on eigendecomposition of a graph Laplacian matrix constructed from pairwise similarities of the data points. Although this eigendecomposition produces higher clustering accuracies than the accuracies obtained by traditional methods, it has high computational cost and memory requirement which makes direct use of spectral clustering infeasible for clustering large datasets. To address this challenge, approximate spectral clustering (ASC) methods, which apply spectral clustering on a reduced set of data points (data representatives) selected by sampling or quantization, have been proposed. The ASC not only makes spectral clustering feasible for large datasets but also enables new information types to be used in similarity definition. In this thesis, data representatives are obtained by selective sampling and neural gas as sampling and quantization method respectively because of being the best methods in the literature for sampling and quantization. In addition, k-means++, a clustering algorithm which solves random initialization problem of k-means, is first used to obtain data representatives as a quantization method for ASC. In order to achieve high clustering accuracies with ASC, an important step is to determine the criterion to define the pairwise similarities of the selected data representatives. Traditionally, an Euclidean distance based Gaussian kernel with a global decay parameter (optimally set by experiments) is used. Alternatively local decay parameters are also used. However, this approach ignores new information types such as data topology, local density distribution and data manifold which are provided by ASC. To utilize all the available information for accurate similarity definition, geodesic based hybrid similarity criteria are proposed in this study. The geodesic distance between any two data representatives is their shortest path distance depending on a neighborhood graph. In addition to commonly used k-nearest neighbor graph, which requires a user-set parameter k, a weighted Delaunay triangulation (CONN) is employed to determine the optimal number of neighbors with respect to local data characteristics without any user-set parameter. CONN also indicates data topology and detailed local density distribution to be used in similarity definition. Based on these neighborhood graphs, the proposed geodesic distance based similarities are defined using Euclidean distance, local density distribution by CONN, and their fused approach. Therefore, these proposed similarity criteria represent better pairwise similarities because they use different combination of all available information for ASC. The clustering performance of the proposed criteria is evaluated by an extensive experimental study. Their advantages are first shown on three artificial datasets with different clustering challenges. Then, they are shown more successful than the commonly used Euclidean based similarity, using ten datasets (including medical data as well) from UCI Machine Learning Repository. Finally the proposed geodesic hybrid similarity criteria based ASC is applied on four sets of brain MR images obtained from MICCAI 2012 challenge on multi-modal brain tumor segmentation, achieving an accuracy of up to 80.06% without any supervised information. This accuracy is much successful than traditional clustering methods (compared to 66.55% obtained by k-means and compared to 76.52% obtained by ASC based on similarity using Euclidean distance) and very close to supervised accuracies existing in the literature. The extensive experiments show the outperformance of the proposed criteria and favor them as a successful approach in clustering both large and small/medium datasets.

Yeni çoklu çözünürlüklü görüntü ayrışımları ile çoklu spektral ve pankromatik uydu görüntülerinin füzyonu

Görüntü füzyonu, basitçe aynı görüntünün farklı biçimlerinden yeni ve geliştirilmiş bir görüntü elde etme işlemidir. Belirli bir bölgenin farklı uydular aracılığıyla elde edilen görüntüleri veya bir fotoğrafın farklı bozulmalara uğramış kopyaları, görüntü füzyonu yoluyla birleştirilerek, tek bir görüntüyle algılanması mümkün olmayan özelliklerin tespit edilmesi sağlanır. Füzyon görüntüsü, orjinal görüntülerin tamamlayıcı bilgilerini içerdiğinden, bu görüntülere oranla daha iyi özelliklere sahiptir. Sonuç olarak, füzyon ile insanın görsel algılayışı ve görüntü işleme uygulamalarında kullanması için iyileştirilmiş görüntüler elde etmek mümkündür. Görüntü füzyonunun en çok kullanıldığı alan olan Uzaktan Algılama için tasarlanan cihazlar, ya renk bilgisi olan düşük çözünürlükte (MS), ya da renk bilgisi olmayan, yüksek çözünürlükte görüntüler (PAN) elde ederler. Görüntü füzyonu, tam bu noktada devreye girerek, hem çözünürlüğü yüksek, hem renk bilgisi içeren yeni bir görüntünün elde edilmesini sağlar. MS ve PAN görüntünün füzyonu sonucunda amaçlanan şey MS görüntünün PAN aracılığıyla keskinleştirilmesi olduğu için, bu yöntemlere "pankeskinleştirme" de denmektedir. Tarihi gelişim sürecinde, birçok pankeskinleştirme metodu önerilmiştir. En etkin özelliği gösteren yöntemler, çokluçözünürlük yöntemleridir. Çokluçözünürlük metodlarında füzyon işlemi üç adımda gerçekleşir. İlk adımda, giriş görüntüleri alt bandlarına ayrılır, ikinci adımda altbandlar önceden belirlenmiş bir kural çerçevesinde birleştirilir ve son adımda oluşan yeni altbandlardan, füzyon görüntüsü elde edilir. Çokluçözünürlük yöntemiyle MS görüntüye detay ilavesi, ARSIS konsepti altında toparlanmıştır. Bu çalışmada, çoklu çözünürlük yöntemleri arasında, yaygın olarak kullanılan A Trous Dalgacık Dönüşümü tabanlı füzyon yöntemleri incelenmiştir. Bu dönüşüm yardımıyla elde edilen füzyon görüntülerinde detay ilavesinin genellikle aşırı olduğu bilinmektedir. Bu sorunu çözebilmek için geliştirilen yöntemlerde detay ilavesini azaltmak için çıkarılan detaylar katsayılar yardımıyla azaltılmaya çalışılmıştır. Bu yöntemler, genel olarak lokal ve global yöntemler olarak ikiye ayrılmaktadır. Lokal yöntemler, daha geniş detayların olduğu bölgelerde iyi sonuç verirken, global yöntemler daha küçük detayların olduğu bölgelerde iyi sonuç vermektedir. Bilateral süzgeç yapılarının da ATWT gibi görüntüleri altbandlarına ayrıştırabildiği bilinmektedir. Bu çalışmada. Bilateral süzgeçleme için kullanılan parametreler yardımıyla görüntüden elde edilecek detay miktarlarını ayarlamak mümkün olduğundan, istenilen sonuçlara yaklaşmak daha kolay olabilmektedir. Bilateral süzgeçleri temel alan ve ATWT yöntemlerine karşı düşen global yöntemler önerilmiştir. ATWT yöntemlerinde görüntüyü ağırlıklandırmak için ağırlıklandırılmış ATWT (WATWT) dönüşümünü baz alan yöntemler ele alınmıştır. Bu yöntemde, bilateral süzgecin konumsal parametresi kullanılırken, uzamsal parametresi yerine ATWT de kullanılan süzgeç yerleştirilmiştir. Bu sayede, parametre hesabı teke indirilerek, bilateral süzgeçlerden daha hızlı, bilateral süzgeçlerin performansına yakın global yöntemler önerilebilmiştir. WATWT yi temel alan bir lokal yöntem de önerilmiştir. Önerilen yöntemler çokluspektral ve pankromatik uydu görüntülerinin füzyonu için kullanılmış ve tez çalışmasında incelenen diğer yöntemler ile karşılaştırılmıştır. Elde edilen sonuçlar belli kriterlere göre değerlendirildiğinde, önerilen global yöntemlerin mevcut global yöntemlerden ve yine önerilen lokal yöntem mevcut lokal yöntemlerden daha iyi sonuçlar verdiği gözlemlenmiştir. Önerilen lokal yöntemin sonuçları, ATWT tabanlı yöntemlerin iyi sonuçlar elde edemediği küçük detaylar içeren bölgelerde, daha tatmin edici sonuçlar aldığı gözlemlenmiştir.

Bulanık uzman sistem kullanarak tıkayıcı uyku apne hipopne sendromunun ciddiyet seviyesinin tahmini

Tıkayıcı (Obstruktif) uyku apne hipopne sendromu (OSAHS) üst solunum yolundaki tekrarlayan tıkanmalar sonucu oluşan önemli bir sağlık sorunudur. OSAHS'ın hipertansiyon, koroner kalp hastalığı, felç gibi hastalıklara neden olabileceği görülmüştür. Bunun yanı sıra tıkanmalar nedeniyle gece uykusunun bölünmesi, gün içi uykululuğuna yol açmakta buna bağlı olarak trafik ve iş kazaları meydana gelebilmektedir. OSAHS teşhisi uyku laboratuvarlarında polisomnografi (PSG) ile yapılmaktadır. Ancak bu işlem ile başarılı sonuçların alınabilmesi hastanın PSG öncesi bir takım kurallara uymasını, laboratuvarın yeterli fiziksel şartları ve ekipmanları sağlamasını gerektirdiğinden oldukça yorucu ve zaman alıcıdır. Bunun yanı sıra PSG'nin hastanın sırt üstü pozisyonda yatma eğilimini arttırdığı ve pozisyonel OSAHS hastaları için yanıltıcı sonuçlara yol açtığı görülmüştür. Diğer bir sorun OSAHS'ın varlığı ile ciddiyetini gösteren apne hipopne indeksindedir (AHİ). AHİ aralıkları için tek bir standart var iken 3 farklı hipopne tanımının olması bir tanıma göre OSAHS hastası olan birinin hipopne sayısının diğer bir tanım kullanıldığında daha az çıkması nedeniyle sağlıklı olduğu bulgusuna ulaşılabilir. Tüm bunlar ve uzmanlar ile yapılan görüşmeler sonucunda elde edilen bulgular PSG'ye alternatif bir tanı yönteminin ve daha esnek AHİ aralıklarının gerekliliğine işaret etmektedir. Yapay zekanın bir alanı olan uzman sistemler tarım, kimya, uzay teknolojisi, jeoloji ve tıp gibi çeşitli alanlarda karar destek aracı olarak kullanılmaktadır. Zadeh'in 1965'te önerdiği bulanık kümelerin hem sayısal hem de dilsel değişkenlerin bir arada kullanılmasına olanak tanıması, uzman sistemlerin insanınkine benzer bir akıl yürütme becerisini kazanarak uzman sistemlere yukarıda bahsedilen problemlere çözüm olma potansiyelini vermektedir. Bu çalışmanın amacı OSAHS'ın ciddiyet derecesini tahmin etmek üzere bir bulanık uzman sistem tasarlamaktır. Bu çalışma kapsamında girdi olarak vücut kitle indeksi (VKİ), uyku sırasında kandaki en düşük oksijen çözünürlük yüzdesi (min SpO2), Mallampati skoru ve boyun çevresi (BÇ) kullanılmıştır. Çıktı olarak ise standart AHİ aralıklarının bulanıklaştırılmasıyla oluşturulmuş bir ölçü kullanılmıştır. Uzman görüşlerine göre oluşturulmuş kurallara göre Mamdani yöntemini kullanarak sisteme girilen hasta verisinden bulanık bir sonuç elde edilmiştir. Sistemin son çıkışı olan tahminler bir önceki adımda elde edilen sonucun ağırlık merkezi yöntemi kullanarak keskinleştirilmesiyle elde edilmiştir. Daha sonra elde edilen ciddiyet derecesi tahminlerine göre hastalar hafif, orta ve ağır OSAHS'lı şeklinde sınıflandırılmıştır. Son olarak, tahmin sonuçları hastaların gerçek AHİ değerleri ile karşılaştırılmıştır ve model, geliştirilmesi esnasında verileri kullanılmayan hastalar üzerinde sınanmıştır.

Nesnelerin interneti için sistem tasarımı ve kablosuz kişisel alan ağlarında ağ kodlama uygulamaları

Internet of Things (IoT) is a promising concept to meet the needs of a smarter world in near future. Through the way from development to the deployment of IoT devices, wireless technologies seem to be dominant over wired infrastructures. Plug and play nature of wireless communication makes it more preferable over other alternatives. Almost every IoT device will have at least one radio interface and they will be condensed to the same spatial location. Not only the number of wireless IoT devices increase, but also people move in more crowded multistorey buildings which causes concentration of wireless nodes in same vicinity. Therefore, efficient usage of the radio spectrum will become more important than ever for upcoming decades. As we can easily deduce, efficient usage of the radio spectrum is not only about physical layer protocols but also upper layers that generate payload for the physical layer protocols. For this reason, cross layer approaches gain importance because efficiency is generally provided by multilayer analysis and improvements in telecommunication systems. As a high capacity alternative to conventional routing techniques, network coding provides more efficient usage of radio spectrum for multicast communication between nodes. The main idea behind network coding is processing the received packets in the intermediate nodes instead of simply storing and forwarding within the scope of network layer. With the use of coding techniques, number of transmissions can be reduces for same amount of data transferred through the network. This provides not only efficient usage of radio spectrum for same amount of data but also increases data throughput in unit of time. Within the scope of this study, network coding is applied in a heterogeneous network formed by hybrid radio nodes. Low capability hardware is preferred instead of sophisticated radio nodes, to be able to adapt proposed system to the field easily.

Yere nüfuz eden radar görüntülerinde morfolojiık bileşen analizi yöntemi ile kargaşa giderme

Yere Nüfuz Eden Radar (YNR, Ground Penetrating Radar (GPR)) yerin altını görüntülemek için kullanılan önemli bir teknolojidir. YNR sisteminde; kontrol ünitesinde darbe üreteciyle üretilen elektromanyetik işaret, verici anten vasıtasıyla yerin altına gönderilir, alıcı anten tarafından geri yansıyan işaretler toplanır ve toplanan işaretler sinyal işleme algoritmalarıyla işlenerek görüntüleme ekranında gösterilir. YNR teknolojisi tünel araştırmaları, maden araştırmaları, şehir alt yapılarının araştırılması, yer altındaki kablo ve boruların tespit edilmesi, arkeolojik araştırmalar, asfalt kontrol araştırmaları ve askeri alan araştırmaları gibi bir çok araştırma alanında kullanılmaktadır ve YNR sisteminin yazılımsal ve donanımsal özellikleri kullanıldığı alana göre farklılık göstermektedir. Bu tez çalışması askeri alanda mayınların tespit edilmesi problemine yönelik bir çalışmadır. Mayınlar ilk olarak metal içeriği fazlasıyla yoğun maddeler kullanılarak üretilmişlerdir fakat metal dedektörlerinin bu mayınları rahatlıkla tespit etmesi üzerine mayınlar metal içeriği çok az olacak ya da hiç metal içermeyecek şekilde plastik madde kullanılarak üretilmişlerdir ve bu mayınların tespit edilmesinde metal dedektörleri başarısız olmuştur. Çözüm olarak YNR sistemleri metal içeriği çok az olan ya da hiç metal içermeyen mayınların tespit edilmesi için kullanılmaya başlamıştır. YNR sistemi metal içeriği çok az olan ya da hiç olmayan mayınların tespit edilmesinde metal dedektörlerine üstünlük sağlasa da bu mayınların YNR sistemi kullanılarak tespit edilmesi hiç de kolay değildir. Kargaşa, özellikle yeryüzüne yakın gömülen, küçük boyutlu ve plastik anti-personel mayınların görüntülenmesini ve tespit edilmesini zorlaştırmaktadır. Kargaşa; alıcı-verici anten arasındaki kuplaj, yeryüzünden geri gelen yansıma ve toprak içerisinde bulunan istenmeyen cisimlerden (ağaç kökleri, ufak taşlar, toprak içerisindeki düzensiz yapılar, vb.) gelen yansımalardan oluşmaktadır. Kargaşa mayınların tespit edilmesini zorlaştırmasının yanında bazı durumlarda toprak içerisinde gömülü cisim olmamasına rağmen ilgili bölgede hedef olduğu algısı oluşturarak yanlış alarmlara sebep olmaktadır. Hedef tespit başarımını arttırmak, yanlış alarm olasılığını azaltmak için kargaşa giderme yöntemleri önem kazanmıştır. Literatürde YNR görüntülerinde kargaşa gidermek için üç farklı yaklaşım mevcuttur. Bu yaklaşımlar kargaşayı modelleyen yöntemler, hedefi modelleyen yöntemler ve veriyi altuzaylara ayrıştıran istatistiksel yöntemlerdir. Kargaşayı modelleyen yöntemler genellikle hedefin olmadığı bölgeden kargaşayı kestirerek tüm veriden kestirilen kargaşayı çıkarmaktadırlar. Kargaşa bu işlem sonucunda giderilerek sadece hedefin olduğu görüntüye ulaşılır. Kargaşayı modelleyen yöntemler hedefin olmadığı bölge bilgisi gerektirmektedir. Hedefi modelleyen yöntemler ise iki aşamadan oluşmaktadır. İlk aşama eğitim aşamasıdır ve bu aşamada çok sayıda hedefe ait veriye ihtiyaç duyulmaktadır. Hedefe ait bu veriler kullanılarak öznitelik çıkarımı yapılmaktadır ve hedef modellenmektedir. İkinci aşama olan test aşamasında şüphelenilen bölgelerde öznitelik çıkarımı yapılarak modellenen hedefe ait referans özniteliklerle karşılaştırılır ve kargaşa hedeften ayırt edilir. Hedefi modelleyen yöntemler genellikle anti-tank mayınlar içindir çünkü anti-tank mayınların YNR imzası modellemeye uygundur. Ayrıca bu yöntemlerin işlem yükü çok fazla olduğu için sadece şüphelenilen bölgeye uygulanması gerekmektedir ve bu yüzden şüpheli bölgeleri belirleyecek yardımcı algoritmalara ihtiyaç duymaktadırlar. Veriyi altuzaylara ayıran istatistiksel yöntemler ise YNR görüntüsünü hedef, kargaşa ve gürültü şeklinde görüntülere ayırarak kargaşa gidermek için kullanılmaktadırlar. Bu yaklaşım içerisinde Tekil Değer Ayrışımı (TDA, Singular Value Decomposition (SVD)), Temel Bileşen Analizi (TBA, Principal Component Analysis (PCA)) ve Bağımsız Bileşen Analizi (BBA, Independent Component Analysis (ICA)) yöntemleri yer almaktadır ve literatürde yaygın olarak YNR görüntülerinde kargaşa gidermek için kullanılmaktadır. Bu yöntemler genellikle birbirleriyle ve kargaşayı modelleyen yöntemlerle karşılaştırılmıştır ve birçok yayında BBA yöntemi diğer yöntemlere üstünlük sağlamaktadır. YNR görüntülerini alt uzaylara ayırarak kargaşa giderme yapan bu yöntemlerin tek dezavantajı hedefe ait bilgileri kargaşa ve gürültüden ayırt ederken hangi bileşenlerin hedefe ait bilgileri içerdiği bilgisinin kesin olarak bilinmemesidir. Bu tez çalışmasında literatürde ilk kez Morfolojik Bileşen Analizi (MBA, Morphological Component Analysis (MCA)) yönteminin YNR görüntülerinde kargaşa gidermek için kullanılması önerilmiştir. MBA yöntemi seyrek işaret işleme alanında önerilen görüntü ayrıştırma yöntemidir ve ilk olarak resim ve doku bileşenlerinin iç içe olduğu görüntüleri doku bileşeni ve resim bileşeni olarak ayrıştırmak için önerilmiştir. MBA yöntemi zamanla bir çok uygulamada kullanılmaya başlamıştır. MBA algoritması görüntüyü farklı bileşenlere ayırırken herbir bileşen için bir sözlüğe ihtiyaç duymaktadır. Sözlük işaret ya da görüntülerden alınan ve yama olarak adlandırılan küçük görüntü parçalarından oluşmaktadır. MBA algoritması, bir bileşenin bir sözlükle seyrek olarak ifade edilirken diğer bir sözlükle seyrek olarak ifade edilemediğini varsaymaktadır ve algoritmanın başarısı bu varsayıma bağlıdır. YNR görüntüleri incelendiğinde kargaşa ve hedefin farklı karakteristiklerde olduğu belirlenmiştir ve uygun sözlükler kullanılarak MBA algoritmasının YNR görüntülerinde kargaşa gidermek için kullanılabileceği düşünülmüştür. MBA algoritması gerçek YNR görüntülerine uygulanarak kargaşa gidermek için uygun ve etkili bir yöntem olduğu gösterilmiştir. Ayrıca MBA algoritması kullanılarak elde edilen sonuç literatürde yaygın olarak kullanılan TDA, TBA ve BBA yöntemleriyle elde edilen kargaşa giderme sonuçlarıyla karşılaştırılmıştır ve MBA algoritması kullanılarak elde edilen kargaşa giderme sonucunun diğer yöntemler kullanılarak elde edilen sonuçlara üstünlük sağladığı gösterilmiştir.

Güneydoğu Türkiye tarımsal alanlarında, Radarsat-2 uydu görüntülerinin işlenmesi ile yarı-deneysel, üç toprak nemi tahmin modelinin geliştirilmesi

Soil moisture or soil water content is an important factor and parameter for agricultural, hydrologicaland meteorological applications. Usually the soil moisture definition is, divided into two branches: deep or root zonesoil moisture, and surface soil moisture.Surface soil moisture is refers to the water that is in the upper 10 cm of soil and only constitutes 0.0012% of all water available on Earth(Verhoest et al., 2008). Whereas root zone soil moisture is the water that is available to plants, which is generally considered to be in the upper 200 cm of soil. The water stored in the soil has different roles in the global water cycle. For instance, the growth of plants, irrigation scheduling management, good product, crisis management during drought, etc. Or, it controls the partitioning of rainfall into runoff and infiltration. Runoff commonly means both exporting fresh water to other areas and degradation of topsoil through leaching and erosion(surface moisture),infiltration mean filling underground aquifers (deep soil moisture) (Verhoest et al., 2008). It has been widely observed that soil moisture is also a key variable in flood forecasting.However, the measurement of soil moisture is very important in other branches of science. Methods for measuring the mass of soil water have been in use since the 15th Century. Today, the most common method is with regard to the mass, volume or saturation of the soil. There are various methods available to measure the soil moisture content both directly and indirectly (Stachder 1996, Prietzsch 1998, Marshall 1999). In principle, direct and indirect methods of measurement can be distinguished from one another. Direct methods include all measured processes in which the soil water is removed via evaporation, extraction, or chemical reactions and gravimetric method such as the FDR or TDR methods. On the other hand, research in to the remote sensing of soil moisture began in the mid 1970's thanks to a surge in the development of satellite technology. Soil moisture measurement and estimation from remotely sensed data has come a long way due to its unique capability of monitoring large areas with long term repetitive coverage. Remote sensing is data acquisition with out direct contact with the object of interest by using of particular wavelength of electromagnetic spectrum. The omitted or reflected signals in remote sensing methods far from the Earth's surface contain information about soil properties and surface details in both optical and microwave remote sensing and have been put to use for soil moisture study. Studies on backscattering coefficiencyhave beenpublished regarding many different models for surface soil moisture estimation; (i) the empirical model (EM) of Oh et al., 1994, (ii) the theoretical integral equation model (IEM) of Fung et al., 1992,X-Bragg model (2008), and (iii) the semi-empirical models of Oh et al., 1992, Oh et al., 2004 and the model of Dubois et al., 1995. In this study by using performance of the Oh et al., 1992, Oh, 2004 and Dubois et al., 1995a, surface soil moisture estimation models was evaluated with two RADARSAT-2 scenes (FQ1, FQ19) on agricultural area over the Harran ,Sanliurfa of east south of Turkey. The results was researched in soil moisture models that was used in thesis,analyzed by Lee, Enh_Lee, Forst and Kuan filters to reduce speckle noise and improve the models performance and the accuracy of RADARSAT-2 soil moisture maps. In addetion, the optimal filter sizeby study about of statistical calculated indices for different kernel size was estimated . Highest agreement for optimal filter kind is Kuan,15×15, 5×5 kernel size for OH92, OH04 for 07.September.2012 RADARSAT-2 's data and 5×5,5×5,15×15 kernel size for OH92,OH04,DU95 models for 08.September.2012 ,RADARSAT-2 's data . By using Pauli RGB image was estimated surface coverage. The surface coverage information was used to find estimated soil moisture values in study area. Finally, the local and estimated values werecompared. This research supports the idea of incidence angle effect on the performance of models (Baghdadi et al. 2008 and Mo et al. 1984) and the idea of surface roughness as having animportant effect on the estimation ofsoil moisture values (Baghdadi et al.,2002; Verhoest et al., 2000; S.Khabazan et al., 2013; Zribi and Dechambre, 2003).

Tarımsal süreçlerin hibrit petri ağları ile modellenmesi

Zirai faaliyetlerin yönetimi incelendiğinde, genel endüstriyel süreçlerin idaresinden daha karmaşık olduğu göze çarpmaktadır. Bunun sebebi tarımsal işlerde belirsizliklerin ve risk faktörlerinin, yerine göre işleyişin bütününe dahi etki edebilecek seviyede var olabilmesidir. Hava koşulları, çevresel ve biyolojik etkenler bu durumlara örnek olarak verilebilir. Bu nedenlerden dolayı tarımsal işlemlere ilişkin yapılacak planlamalar daha geniş bir açıdan göz önüne alınmalıdır. Petri ağları, dağıtık, paralel, asenkron, eş zamanlı, nedensel olmayan ve/veya stokastik sistemler için kullanılan, matematiksel ve grafiksel özellikler taşıyan bir modelleme sistemidir. Bu nedenle yaygın bir kullanım alanına sahiptir. Zirai işlemler; tarlanın sürülmesi, ekim yapılması, sulama, gübreleme, hasat alımı gibi sürekli durumların yanı sıra makinelerin hazır durumda olması, arızalar, hava şartları, toprak durumu gibi ayrık olayları da içermektedir. Hibrit petri ağları ile tarımsal işlemlerde olduğu gibi, hem ayrık hem de sürekli süreçler modellenebilmektedir. Grafiksel özellikleri de göz önüne alındığında, hibrit petri ağları ile tarımsal süreçlerin modellenmesi, sadece matematiksel yaklaşımla yapılan modellemelere kıyasla üstünlük sağlamakta, süreçlerin daha iyi gözlenebilmesi için etkin bir yol sunmaktadır. Bu çalışmada, tarımsalyönetim süreçlerine ilişkin modeller geliştirilmiştir. Ayrık ve sürekli her iki tür durumların da modellenebilmesi için hibrit petri ağları da kullanılmıştır. Oluşturulan modeller, ASABE standartlarına uygun olarak tanımlanan, kapasite planlaması, görev zamanı planlaması, program oluşturma, güzergâh planlaması ve performans değerlendirmeolmak üzere beş yönetim göreviiçin kullanılabilecektir. Modeller, sadece verilecek örnekler için değil, genel olarak diğertarımsal işlemler için de kullanılabilir. Literatürdeki zirai makine yönetimine ilişkin çalışmalar incelendiğinde program oluşturma safhası kapsamında tarla iş akışı yönetimi için petri ağları ile modelleme uygulamalarının yer aldığı görülmektedir Ancak zirai makine yönetimine ilişkin beş yönetim görevinden diğerlerini içeren ve petri ağları ile gerçeklenen model bulunmamaktadır. Bu çalışma ile zirai makine yönetiminin beş aşaması için de, modellere bağlı olarak olası belirsizlik ve risk faktörlerini de içerebilecek ve bu etkenlere göre yeni değişkenlerin de tanımlanabileceği modeller sunulmuştur.

GPU üzerinde yazılım tabanlı anten gerçeklenmesi

Bu tezde, kablosuz haberleşme, uydu haberleşmesi, mobil iletişim, RADAR uygulamaları ve yeni nesil haberleşme sistemleri için genel amaçlı, programlanabilir, yazılım tabanlı anten (YTA) sistemi önerilmektedir. YTA siteminin bileşenleri, resiprok ve yönsüz antenler, alçaltıcı veya yükseltici RF elemanları, sayısallaştırıcı ve yazılım ile kontrol edilebilir demet katsayıları üreten ve işaretleri biçimlendiren GPU'dan oluşur. Bu tezde, anten elemanları, RF bloğu ve sayısallaştırıcı birimlerinin ideal olduğu kabul edilmiş ve bu bileşenlerin üzerinde herhangi bir çalışma yapılmamıştır. Tez kapsamında sunulan YTA sisteminin yazılım modülü, GPU donanımı üzerinde koşmakta ve CPU'lu YTA sistemi ile karşılaştırmalı olarak değerlendirilmektedir. Simülasyonlar ise MATLAB ile üretilen temel bant sentetik işaretler yardımıyla yapılmaktadır. YTA sistemi, ayrık demet biçimlendirme metodunun farklı katsayı dizileri ile çok defa kombine edilmesiyle tasarlanmıştır. Kombinasyon tamamen yazılımsal olarak yapılmaktadır. YTA'nın programlanabilir olma özelliği, uyarlamalı ve akıllı algoritmaları gerçeklemeye imkan verdiği gibi esnek ve başarılı sistemlerin inşa edilmesine de olanak sağlamaktadır. YTA sistemi, aynı anda birden çok ışıma yönüne kanalize olabilme özelliği ile bütün kanalların verilerini gerçek zamanlı işleme yeteneğine sahiptir. YTA'nın işlem yükünün ve gerçek-zamanda çalışma zorunluluğu olan uygulamaların gereksinimlerinin karşılanması için GPU ve CPU kullanan çözümler bu tezde incelenmektedir. CPU için seri bir YTA algoritması, GPU için ise paralelleştirilmiş YTA algoritması tasarlanmıştır. YTA algoritmasının GPU üzerindeki işlem süresi hesaplanırken üç farklı süre tanımlanmıştır. Birincisi CPU tarafından verilerin GPU'ya yüklenme süresi (tu), ikincisi GPU'nun verileri işleme süresi (te), üçüncüsü ise GPU tarafından işlenen verilerin CPU'ya geri gönderilme süresidir (td). Toplam süre, seri olarak yapılan veri yükleme, veri işleme ve veri indirme sürelerinin toplamı olarak tanımlanmaktadır. CPU için ise toplam süre sadece veri işleme süresini içermektedir. GPU üzerindeki YTA algoritması, hızlı veri işlemesine rağmen verileri yükleme ve verileri geri indirme noktasında, yüksek hacimli transferler yapıldığından ve donanımlar arasında iletim bant genişliğinin sınırlamalarından dolayı yavaş kalmıştır. Buna rağmen, simülasyon sonuçları toplam sürenin çoğunlukla gerçek zaman eşiğinin altında kaldığını göstermektedir. Toplam harcanan sürede iyileştirme yapmak için çözüm olarak asenkron senaryo önerilmiş; fakat bu tez kapsamında asenkron senaryo simüle edilmemiştir. GPU üzerinde koşan algoritma daha hızlı performans gösterdiği ve bu sayede geniş bantlı verileri bile gerçek zaman eşiğinin altında işleyebildiği gözlemlenmiştir. CPU algoritması ise yavaş kalmış ve fazla kaynak harcamasına rağmen verileri gerçek zamanda işleyememiştir. GPU'lar yüksek hacimdeki verilerin hızlı bir şekilde işlenmesine olanak sağlarmaktadır. Veri hacminin büyüklüğü, GPU'da koşan YTA algoritmasının performansını da etkileyen bir unsurdur. Bu nedenle, YTA algoritmasının işleyeceği verinin büyüklüğü bir çerçeve boyutu olarak tanımlanmıştır. Çerçeve boyutunun mertebesi önce kaba bir yaklaşımla belirlenmiş, belirlenen değer yakınında çerçeve boyutunun hassas değişimlere tepkisi ölçülmüştür. GPU algoritmasının performansı, çerçeve boyutunun artması ile bir noktaya kadar artmış sonrasında ise fazlaca değişiklik göstermemiştir. Performansının kötü olduğu çoğu durumda bile verileri gerçek-zamanda işleyebilmiştir. Bu durum GPU ile gerçeklenen YTA sisteminin başka sistemlere entegrasyonun ve adaptasyonun hızlı ve başarılı olacağının göstergesidir. Sonuç olarak; GPU üzerinde koşan YTA algoritmasının CPU üzerinde koşan algoritmaya göre önemli derecede toplam işlem süresini azalttığı gözlemlenmiştir. GPU üzerindeki YTA sisteminin ölçeklenebilir olması nedeniyle, GPU'nun gelişme hızı ve maliyet etkin bir çözüm olması da göz önüne alındığında, yeni nesil haberleşme sistemlerinde ve radar uygulamalarında yaygın bir kullanım alanına sahip olacağı düşünülmektedir.

Leon3 mikroişlemcisi tabanlı sistem tasarımı

Bu tez kapsamında JPEG (Joint Photographic Experts Group) görüntü sıkıştırma standardı kullanılarak görüntü şifreleme yapılmıştır. Özellikle internet iletişimin yaygınlaşmasından sonra bilgisayarlar arasında görüntü aktarımı önem kazanmıştır. Buna paralel olarak depolama problemi ortaya çıkmaya başlamıştır. Bu soruna çözüm olarak ortaya çıkan JPEG, orjinal görüntünün boyutunda önemli miktarda azalma sağlamaktadır. Depolama probleminin yanı sıra güvenlik de aynı şekilde önem arz etmektedir. İletilen verilerin yada görüntülerin istenmeyen kişiler tarafından ele geçirilmesi önemli bir güvenlik problemi olarak görülmektedir. Bu amaçla hem sıkıştırmanın hem şifrelemenin bir arada yapılması oldukça mühim hale gelmiştir. Bu yüksek lisans tezi kapsamında da sıkıştırma oranınından fazla kayıp vermeden görüntünün şifrelenmesi amaçlanmıştır. Sıkıştırma standardı olarak JPEG seçilmiştir. Şifreleme yöntemi olarak Küçük Şifreleme Algoritması (Tiny Encryption Algorithm-TEA) seçilmiştir. Şifreleme işlemi sıkıştırma işlemiyle iç içe yapılmıştır. JPEG formatına dönüştürülmüş bir görüntüyü şifrelemek yerine sıkıştırma bloklarıyla birlikte piksel seviyesinde şifreleme yapılarak güvenlik seviyesinin arttırılması hedeflenmiştir. JPEG kodlayıcıda tasarlanması gereken bloklar Ayrık Kosinüs Dönüşümü (Discrete Cosine Transform-DCT), kuantalama, zig-zag tarama, DC farksal kodlama, AC dizi uzunluğu kodlama ve kod paketleme bloklarıdır. Şifreleme bloğu olan TEA, zig-zag tarama bloğundan sonra gelmektedir. İlk olarak giriş görüntüsü DCT bloğuna gelmektedir. Bu blok giriş görüntüsünü 8x8'lik matrisler halinde alarak işlem yapar ve çıkışında da 8x8'lik matrisler üretir. Bu matrislerin ilk elemanına DC katsayı, diğer 63 elemanına AC katsayı adı verilmektedir ve çıkış görüntüsü artık frekans tanım bölgesine geçirilmiş olur. Daha sonra kuantalama bloğuyla, matrislerdeki yüksek frekans terimlerinin çoğunlukla sıfırlanması sağlanır. Bu sıfırlanmalar sayesinde sıkıştırma yapılacaktır. Daha sonra gelen zig-zag tarama bloğunda kuantalanmış görüntü verisini içeren 8x8'lik matrisler seri hale getirilir. Verilerin sıralanması zig-zag düzeninde gerçekleşir. Bu şekilde sıralama yapıldığında DCT katsayılar, en düşük frekanslı katsayı olan DC katsayıdan yüksek frekanslı AC katsayılara doğru dizilmiş olur. Kuantalama işlemi de yüksek frekansları sıfırlamak üzere kurulu olduğundan zig-zag yolda ilerlendiğinde sıfırlar ardı ardına gelmektedir. Bir sonraki adımda TEA şifreleme bloğu vardır. Şifreleme için öncelikle sadece tüm 8x8'lik matrislerin sadece DC katsayıları kullanılmıştır. Daha sonra hem DC katsayılar hem de her matrisin 5 adet AC katsayısı kullanılmıştır. Sıkıştırmanın fazla azalmaması amacıyla daha fazla sayıda AC katsayı şifrelenmemiştir. Şifreleme bloğundan sonra DC farksal kodlama bloğu ve AC dizi uzunluğu kodlaması yapılmıştır. Son aşamada ise kod paketleme bloğu kullanılarak sıkıştırma ve şifreleme işlemi bitirilmiştir. JPEG görüntü şifreleme donanımı tasarlandıktan sonra bir mikroişlemciye çevresel olarak eklenmesi hedeflenmiştir. Bu amaçla Gaisler firmasının geliştirdiği 32 bitlik Leon3 mikroişlemcisi seçilmiştir. Leon3, Sparc V8 mimarisi tabanlı ve çoklu işlemi destekleyen bir mikroişlemcidir. Sentezlenebilir Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language (VHDL) modelleriyle oluşturulmuştur ve 16 çekirdeğe kadar tasarım yapılabilir. Yüksek konfigürasyon, yüksek performans, enerji verimliliği, basit tasarım entegrasyonu ve yazılım desteği sebebiyle bu mikroişlemci seçilmiştir. İçerisindeki Advanced Microcontroller Bus Architecture (AMBA) veri yolu yapısı, Advanced High-Performance Bus (AHB) ve Advanced Peripheral Bus (APB) olmak üzere ikiye ayrılmaktadır. Bu çalışmada tasarlanan donanım APB veri yoluna eklenmiştir. Bu işlemi yapmak için AMBA protokolüne uygun bir arayüz tasarlanmıştır. Daha sonra gerekli tanımlama işlemleri yapılarak donanım ekleme işlemi tamamlanmıştır. Bunun yanında donanımın mikroişlemci çekirdeğiyle haberleşmesinde kullanılacak olan bayrak tanımlamalarını yönetmek için bir C kodu gerekmiştir. Bu C kodu, Leon3 mikroişlemcisinin çapraz derleyicisi ile derlenmiş ve kullanılmıştır. Tasarlanan devrenin girişine verilen görüntü boyutu 288x288 olarak belirlenmiştir. Bu görüntü istendiği takdirde değiştirilebilir. Elde edilen şifrelenmiş ve sıkıştırılmış görüntü matrisleri MATLAB ortamında okutulduktan sonra elde edilen çıkış görüntüleri karşılaştırılmış ve Peak Signal to Noise Ratio (PSNR) değerleri verilmiştir. Bunun yanında donanımın Sahada Programlanabilir Kapı Dizisi (FPGA) üzerinde kapladığı yer bilgileri de verilmiştir.

Uzay kaydırmalı anahtarlama modülasyonu kullanan işbirlikli çok atlamalı ağlar

Bu tezde uzay kaydırmalı anahtarlama modülasyonunun çok atlamalı ağlardaki başarımı bit hata olasılığı ve servis kesilme olasılığı bakımından incelenmiştir. İşbirlikli haberleşmenin kullanıldığı sistem için kuramsal ve benzetimsel sonuçlar paylaşılmıştır.

Radar hedef görüntüleme ve sınıflandırma için seyrek doğrusal öngörü modelleri

RADAR, which is the abbreviation for Radio Detection and Ranging, is used for many applications including fire control, air traffic control, meteorology, target searching, detecting and tracking. Radar transmits pulses or burst to search for targets. Scattered signals from the target are processed by the radar receiver to extract information about the target such as range, velocity, image of target. The most important radar application is the imaging. Imaging radars can provide range profile and radar image in addition to target's velocity. Resolution, which is the key point of imaging radar, is the problem for conventional radar because high resolution is succeeded with wide bandwidth and angular width. While wide bandwidth can be achieved by using stepped frequency or linear frequency modulated signal, wide angular width is obtained by increasing the dimension of antenna which is not desired or possible in real life application. Instead of huge antenna, synthetic aperture concept that is obtained by relative motion of target and radar is introduced. Synthetic Aperture Radar (SAR) and Inverse Synthetic Aperture Radar (ISAR) are based on the synthetic aperture concept. Range profile and radar image are reconstructed by processing the backscattered signals which are collected in frequency and frequency-aspect domain, respectively. Fourier Transform based method is the most common method to reconstruct range profile and radar image. 1-D IFFT of frequency domain data gives the range profile and scattering centers are estimated from the peaks of range profile. Uniformity in spatial frequency domain is required to construct focused radar image but collected data are uniformly sampled in frequency aspect domain. Polar to Cartesian transform is used to convert frequency aspect data to spatial frequency data with uniform sampling. After employing polar reformatting, 2-D IFFT of data constructs focused radar image. Computational cost of this method is very low. In spite of this advantage, the achieved resolution is limited. Spectral estimation methods are another method to generate high resolution range profile and radar image. Multiple Signal Classification (MUSIC) and Autoregressive (AR) model algorithms are the most popular spectral estimation methods. The idea behind the Multiple Signal Classification algorithm is the decomposition of correlation matrix into signal and noise subspaces. Correlation matrix is computed from averaging over the number of snapshots. However, only one snapshot is available in radar application. Spatial smoothing method is used to compute correlation matrix. MUSIC algorithm with spatial smoothing process provides high resolution although it decreases the effective bandwidth. Success of this algorithm is not enough to find the location of scatterers if backscattered data are limited or have low signal to noise ratio (SNR). AR model which is based on the forward and backward linear prediction improves the resolution in range and cross range direction. Radar profile and radar image are obtained by AR model power spectrum. The simplest way to estimate AR model coefficients is to minimize the l-2 norm of the error between predicted and observed signal. Spurious peaks and sidelobes might appear in the range profile and radar image depending on the AR model order. Sidelobes can be suppressed by Singular Value Decomposition (SVD) truncation. The drawback of this method is that number of scatterers should be known or estimated. Backscattered data can be represented as linear combination of small number of elements from overcomplete dictionary which consists of elementary signals. The idea behind the sparsity is to find the smallest subset of dictionary which represents the observed signal. Most of entries in signal representation vector/matrix should be zero to represent backscattered signal with less atoms. Radar image which is based on sparse signal representation provides high resolution in both range and cross range direction without predicting the number of scatterers. Sparse representations can be computed by three-different minimization problem which are Basis Pursuit Denoising (BPDN), Basis Pursuit Denoising with Penalty term and Least Absolute Shrinkage and Selection Parameter (LASSO). Basis Pursuit Denoising algorithm minimizes the sum of the absolute value of coefficients of the sparse representation vector/matrix subject to the residual sum of squares being less than the constant. BPDN with penalty terms is the unconstraint formulation of BPDN. Sparse coefficients are obtained by the l-2 norm minimization of residual by penalizing l-1 norm of the coefficients of the sparse representation vector/matrix. LASSO minimizes residual sum of squares while sum of the absolute value of coefficients of the sparse representation vector/matrix is smaller than constant threshold. Solution of BPDN with penalty term, BPDN and LASSO minimization problems take a lot of time. Orthogonal Matching Pursuit (OMP) algorithm is another method to generate sparse representations of the range profile and radar image. This method requires short time to find the sparse solution. High resolution radar image and range profile can be achieved by using these methods. In this thesis, radar imaging based on sparse AR modeling is proposed. Tickhonov regularization is another way to solve the ill-posed equation system by introducing smoothness and sparsity. If l-2 norm of the AR model coefficients are penalized, smoother solution is produced. The inclusion of l-0 norm penalty function produces sparse solution. In this work, backscattered signals are modeled by AR model algorithm and sparse AR model coefficients are calculated. Sparse AR model coefficients are computed from BPDN, BPDN with penalty term and LASSO. Spurious peaks and side lobes are suppressed in the resulting radar image. Especially, proposed sparse AR model approaches yield better result than the other spectral estimation methods in case of the low SNR and narrowband data. Although all scatterers and location of them are found correctly in radar image based sparse representation, classification success of these methods is the worst one. As a result, radar imaging based on sparse representation is a good candidate for imaging if data are collected at wide bandwidth and angular width. Classification results of methods except sparse radar image representation are very close to each other under the wide bandwidth and aspect angle case. For the limited data case, classification of radar images based sparse AR model methods yields best result among all the methods which are explained in the thesis. Classification results of MUSIC algorithm is in the second place. This result is expected since sparse AR model methods are more successful than MUSIC algorithm to find the scatterers and location of them. As a conclusion, 1-D and 2-D sparse AR model are proposed and these models are applied on the radar data to reconstruct range profile and radar image. Sidelobes are suppressed in the generated range profile and radar image. In addition to that, this method is more successful than MUSIC algorithm to find the scatterers for the limited data case. Classification success will be enhanced if range profile and radar image are generated by using proposed method.

Protein katlanma probleminin çözümü için kaba-taneli kafes ve kafes-dışı modelleri kullanan yapay zeka tabanlı yöntemler

The protein folding problem is one of the most widely studied problem within the bioinformatics community. Computational methods proposed for the solution of this problem can be categorized into two main groups: Comparative modeling, and ab initio methods. Comparative modeling utilizes existing databases of experimentally determined protein structures to determine the three-dimensional structure of proteins. However, in ab initio methods three-dimensional structure of proteins are determined from solely their amino acid sequences. In the ab initio methods, a number of potential energy functions with different resolutions (including the simple coarse-grained methods and the detailed all-atom models) are proposed to model the interactions that occur among the amino acid molecules of the proteins. A search method is then used to thoroughly explore the energy landscape of the defined potential energy function to find the optimum fold of a protein. In this thesis, new possibilities are searched to find an effective way of improving the search abilities for ab initio methods. Within this scope, both the coarse-grained and all-atom models are studied to determine the protein structures. Coarse-grained methods studied in this thesis include the simplified lattice and off-lattice models. For the hydrophobic polar (HP) lattice model, a new state-space representation of the protein folding problem is proposed for the use of reinforcement learning methods. The proposed state-space representation reduces the dependency of the size of the state-action space to the amino acid sequence length. The proposed method also introduces the concept of "learning" for the protein folding problem in two-dimensional HP model. Thus, at the end of a learning process optimum fold of any sequence of a particular length can be found which is not the case in the existing methods. Moreover, by utilizing a swarm based reinforcement method (Ant-Q algorithm) the optimal fold is found rapidly when compared to the most widely used reinforcement learning algorithm, the Q-learning algorithm. For the off-lattice AB model, a new optimization algorithm, the Vortex Search (VS) algorithm, is proposed to minimize the energy function of this model. The proposed VS algorithm tested on a benchmark numerical function set and it is shown that it performs quite well when compared to the well known optimization algorithms. Another contribution of the thesis presented for the off-lattice AB model deals with the energy function of this model. The energy landscape of the off-lattice AB model leads the algorithms to easily trap into local minimum points. In literature, to escape from local minimum points, usually a combination of the well known optimization algorithms or some extensions of these algorithms are proposed. However, in this thesis rather than an algorithmic improvement, a more smoothed energy landscape is provided for the algorithms by modifying the energy function of the off-lattice AB model. The all-atom model studied in the thesis is based on the ECEPP force field which is combined to the VS algorithm in conjuction with the SMMP software package. A number of proteins are selected from the PDB database to evaluate the performance of the proposed method results of which indicate that the proposed method is comparable to the existing methods.

Küçük uydular için Ku band mikroşerit yama anten dizisi ve düşük gürültülü kuvvetlendirici tasarımı ve gerçeklemesi

This dissertation is concerned with both investigation of a well-characteristic microstrip array antenna which is specially designed with three slits with ground plane structure and a high-gain wideband low noise amplifier (LNA) which are appropriate for the Ku-band application to fulfil the demand of radar, satellite, and communication. This thesis is divided into four parts. First part is a short and brief introduction about the works and designs that have been done in order to realize the design in the desired band frequency for small satellites. The second part deals with the theory behind Ku-band slotted rectangular patch array design. For designing this array patch antenna, firstly unit patch element over a Taconic TSM-30-0600-C1/C2 (εr=3) with the height of 1.52mm. Obtained single element radiation pattern is directional with good amount of radiated power with negligible backward radiation. The 3D radiation pattern shows maximum power flowing in the z-direction (Ѳ=0⁰). After simulation, the single element antenna has about 7dBi gain and linear polarization at = 90⁰ degree direction and 10dB back lobe ratio has been achieved. Then 2×2 array structure is developed by using array feed circuit. Dimension of array antenna is 16mm × 18 mm and feed of array antenna combines with 100Ω and 50Ω T-junctions over Taconic-TSM substrate with the height of 0.76mm on the reverse top side layer. For 2×2 array antenna, maximum measured gain of 10.9 dBi has been achieved in 11.9 GHz to 12.9 GHz band frequency. Furthermore, for array antenna, linear polarization is at  = 90⁰ degree direction. The third part is related to LNA design. In this contribution , single transistor LNA by utilizing bias and matching networks which are modeled in AWR, has been designed and simulated at Ku-band for the potential employment in the satellite RF subsystems. Substrate used is Rogers material (εr=3) and thickness of substrate and metal are H=0.762 mm and t=17.5 µm ,respectively. The design employs an N-CHANNEL HJ-FET transistor from NEC, NE3511S02. Designed LNA has ~10.5dB peak gain and 1.5dB NF.

Dyadic Green fonksiyonu kullanılarak küresel bir kafa modelinde elektromanyetik alan hesabı ve uygunlaştırıcı ortam etkisinin gözlemlenmesi

Bu çalışmada, küresel bir kafa modelinin yüzeyine yerleştirilen bir uygunlaştırıcı ortam katmanının, küre üzerindeki elektromanyetik alan değişimine olan etkileri analiz edilmiştir. Uygunlaştırıcı ortam, kafa yüzeyi ile boş uzay arasına yerleştirilen ve dielektrik değerleri boş uzaydan farklı olan bir tabakayı temsil etmektedir. Çözülen problem, 5 tabakalı ve dışarısı boş uzay olan küresel bir kafa modelindeki her tabakada Dyadic Green Fonksiyonu (DGF) kullanılarak elektromanyetik alan probleminin çözülmesi, ardından kafanın yüzeyine yerleştirilen bir uygunlaştırıcı ortam katmanının küredeki elektromanyetik alan üzerindeki etkilerinin analiz edilmesi şeklinde özetlenebilir. Problemde, kafa modelindeki tabakaların içten dışa doğru beyin, serebrospinal sıvı (CSF), kemik doku, deri ve boş uzay olduğu varsayılmış, uygunlaştırıcı ortam tabakası deri ile boş uzay arasına yerleştirilmiştir. Problemin her aşamasında kaynağın z-ekseni üzerinde ve x-yönlü olduğu kabul edilmiştir. Çalışmanın ilk aşamasında literatür araştırması yapılıp şimdiye kadar ortaya koyulan örnek çalışmalar incelenmiştir. Araştırmada öncelikle DGF kullanılarak küresel bir sistemde elektromanyetik alan probleminin çözümü üzerine literatür taraması yapılıp iki tabakalı dielektrik kürede ve 𝒩-tabakalı küresel sistemlerde elektrik alan hesabı öneren örnek çalışmalara rastlanmıştır. Ardından uygunlaştırıcı ortam kullanımı üzerine araştırma yapılıp bu konuda ortaya koyulan bazı çalışmalar olduğu görülmüştür. Bu çalışmalardan Transmisyon Hat Modeli (TLM) ve 2D Kafa Modelinde Darbe Algılaması (SD) üzerine hazırlanan iki çalışmadaki değerler baz alınarak çeşitli karşılaştırmalar yapılıp bulunan sonuçlar analiz edilmiştir. Örnek çalışmaların incelenmesinin ardından problem basamak basamak ele alınıp çözüme gidilmiştir. İlk olarak, DGF kullanılarak elektromanyetik alan hesaplama teknikleri incelenip küresel sistemlerdeki uygulanışı üzerine yoğunlaşılmıştır. Öncelikle, yalnızca 2 tabakalı dielektrik bir küre için verilen çözüm incelenmiş, katsayı hesaplaması ve DGF denklem çözümleri verilmiştir. Ardından, problemi 𝒩-tabakalı küresel sisteme genişletmek için önerilen denklemler incelenip analiz edilmiştir. 𝒩-tabakalı küresel bir kafa modelinde katsayı hesabı adım adım ele alınmış, çözüm yöntemleri gösterilmiştir. 𝒩-tabakalı sistemdeki her tabaka için kullanılan DGF fonksiyonları ve elektrik alan hesabı içeren denklemlerin çözüm yöntemleri açıklanmıştır. Burada, ele alınan 𝒩-tabakalı her sistem için n adet DGF fonksiyonu ve elektrik alan denkleminin çözüm yöntemi anlatılmıştır. 𝒩-tabakalı küresel bir sistemde elektrik alan hesabı öneren bu çözümde, öncelikle 2 tabakalı durum ele alınmış ve katsayı hesabı yapılıp, sonuçları bir önceki bölümde 2 tabakalı dielektrik küre için elde edilen katsayı sonuçlarıyla karşılaştırılmıştır. Sonuçların aynı xviii çıktığı doğrulanmıştır. Bu doğrulama sonrasında, ilk olarak 6 tabakalı bir sistemde, kaynağın uygunlaştırıcı ortam olarak kabul edilen dıştan ikinci katmanda olduğu varsayılmış ve 𝒩-tabakalı sistemlerde elektrik alan hesabı öneren çözüm kullanılarak elektrik alan hesabı yapılmış ve çözüm yöntemi adım adım anlatılmıştır. Uygunlaştırıcı ortamın dielektrik değerleri boş uzay ile aynı kabul edilerek 5 tabakalı duruma geçiş yapılmıştır. İkinci olarak ise, 6 tabakalı bir sistemde, uygunlaştırıcı ortamın deri ile boş uzay arasında bulunduğu varsayılmış, kaynak uygunlaştırıcı ortam tabakasına yerleştirilmiş ve 𝒩-tabakalı sistemlerde elektrik alan hesabı öneren çözüm kullanılarak elektrik alan hesabı yapılmış, çözüm yöntemi adım adım anlatılmıştır. Benzer şekilde, uygunlaştırıcı ortamın dielektrik değerleri boş uzay ile aynı kabul edilerek 5 tabakalı duruma geçiş yapılmıştır. Çalışmanın 3. Bölümü'nde, 5 tabakalı ve 6 tabakalı küresel bir kafa modelinde İntegral Denklem Çözümü (IES) kullanılarak hesaplanan elektrik alan değerleri, bir önceki bölümde elde edilen elektrik alan değerleri ile karşılaştırılmış ve analiz sonuçları paylaşılmıştır. IES metodu, küresel kafa modelinin çok sayıda hücreden oluştuğu varsayımına dayanarak, uygun integral denklemler ile her tabaka için çözüm bulan bir metottur. Karşılaştırmalar 4 durum için yapılmıştır: 5 tabakalı ve uygunlaştırıcı ortam bulunmayan küresel kafa modelinde kaynak boş uzayda konumlandırıldığında beyinde ve kafaya çok yakın bir noktada ölçüm yapılarak; 6 tabakalı, uygunlaştırıcı ortam deri ile boş uzay arasında bulunan küresel kafa modelinde, kaynak uygunlaştırıcı ortamda konumlandırıldığında beyinde ve kafaya çok yakın bir noktada ölçüm yapılarak. Her iki yöntem ile elde edilen sonuçların çok yakın mertebelerde olduğu gözlemlenmiştir. Bu doğrulama sonrasında, çalışmanın bundan sonraki bölümlerinde, 𝒩-tabakalı sistemler için elektromanyetik alan hesabı içeren çözüm yöntemi farklı durumlar için kullanılarak sayısal sonuçlar paylaşılmıştır. Çalışmanın 4. Bölümü'nde, uygunlaştırıcı ortamın dielektrik değerleri analiz edilmiştir. Elde edilen sonuca göre, çalışmanın geri kalan kısmında uygunlaştırıcı ortam analizinde, uygun bulunan dielektrik değerler kullanılmıştır. 5. Bölüm'de, uygunlaştırıcı ortam varken ve yokken elektrik alandaki değişim gözlemlenmiştir. Uygunlaştırıcı ortamın etkisi öncelikle kaynak kafa yüzeyine çok yakın bir noktada konumlandırılıp beyin, CSF ve deri tabakalarında gözlemlenmiştir. Ardından kaynak CSF tabakasında beynin yüzeyine çok yakın bir noktada varsayılarak, uygunlaştırıcı ortam varken ve yokken kafa yüzeyine çok yakın bir noktada, kemik dokuda ve beyinde gözlemlenmiştir. Bir sonraki bölümde, problemin kutupsal koordinatlarda tekrar çözülmesi ve küresel koordinatlarda elektrik alan değerlerinin r'ye göre değişimin gözlemlenmesi şeklinde ek analizler ve sonuçları paylaşılmıştır. Çalışmada varılan çıkarımlar, problemdeki kısıtlamalar ve çalışmadan sonra uygulanabilecek geleceğe yönelik çalışma önerileri sonuç bölümünde verilmiştir.

Akıllı kart ve biyometrik tabanlı genel amaçlı erişim kontrolü sistemi tasarımı

Access control systems (ACS) are the ones, which people come across frequently while entering places, passing through somewhere or even logging into any online accounts. Public transportation, authorized building or room entrance, highway passing, PC accesses, signing on to online banking or social media accounts are some examples that can be experienced during everday life as the samples of accesses. In most cases, these actions are in under control the reason why personal security plays an important role. Therefore, there are plenty of approaches and electronic systems in the literature to provide control for such cases above. In this thesis, it is proposed an approach for low cost and easy to programme system, which is general purpose and multi-modal. General-purpose feature brings an innovation to these kind of systems to be more generic. The system can easily adapted to new applications, in other words, the system first can control door accesses, but on the other hand, it can also be used for some other applications like payment based paypass implementations. This diversity comes thanks to different input devices like smart card reader, fingerprint scanner, NFC/RFID reader, touchable screen for PIN entering & system response monitoring etc. Consequently, the system satisfies the multi-modal approach with these devices that make system more secure. In the following chapters, firstly the general details of the thesis are presented in the introduction part. There are introductory information about the system scheme and some analysis that are crucial to be held previously like requirement and feasibility. Also, it can be found the hypothesis which this thesis work stands for in terms academic approaches. There is also literature review for the previously handled works. Especially for the fingerprint sensor, there are some studies that use the same device which is controlled by microprocessor. Then, in the second chapter, the important background information for the phylosophy of this thesis is given. It contains about the preliminary explanations on behalf of biometry, cryptography, hash functions etc. Biometry is used in many different areas from security to forensic, even for diagnosis in the medicine. For authentication purposes, access systems can have sensors related to biometrics. This chapter helps the reader to understand the main frame of the study. In the third and the main chapter, all the design issues are presented. It has basically two sub-sections. Firstly, the hardware related knowledge is described. Sensors and controllers are given in here. In this study, the system engineering approaches are used together with embedded systems; therefore, different kind of sensors are to be work synchronously via controllers. The system basically consists of two nodes: Access Node-ACN and Admin Node-ADN. Each has a controller unit and some sensors. For the ACN, fingerprint sensor in the thesis takes the fingerprint image as 256x288 pixels in gray level. Then inside of the sensor, the whole image is transferred into characteristic file, and after into a template. There is no information related to algorithm neither in the datasheet nor in any of the source in the internet such as vendor. In our system, the data from the sensor is saved in the smart card securely and later newly captured data is to be compared with this smart card originated information. Extracted data from fingerprint must be stored securely in the smart card which does not have any extra protection mechanism. Therefore, biometric data hiding or encryption must be handled as the smart card can be on wrong hands. When access operation is needed, data in the card and the freshly read one from the user via sensor is to be compared, either does fingerprint sensor. Moreover, in the software structure part of this thesis in the second branch of Chapter three, hardware handling software details are given in the scope of software engineering. UML diagram contains the Role Based Access Control Pattern – RBACP to give different privileges to the different users. Thesis has general purpose approach by this way. Besides, in the admin part, the Windows operating system based GUI is designed thanks to C# programming language. This monitoring screen allows admin to control the system from far. Comnunication between access node and admin node is in wireless communication thanks to XBee sensors, so communication protocol that proposed by this thesis must be secure indeed, too. As the "access" needs to be secure, designed system must rely some scientifically secure algorithms that thesis mainly aims at. In 1976, public key cryptography released some opportinities to make system security by key exchange. Even when two wireless devices communicate with each other, man-in-the-middle attack can be less hazardous thanks to Diffie-Hellman key exchange algorithm. System Analysis is given in Chapter four. There are details about the system operation and some limitations related to some seperating devices that are occured during the design and the tests. All the overall system details are presented in this chapter. Any researcher who reads that thesis work can construct the system by using the hardware and software details inside. Thus, the researcher can have an ACS environment to work for security algorithms by implementation of cryptography or secure image-processing issues for future work together ciphering with fingerprint issues. In the last chapter, last results of the project are presented. In this conclusion part, the future considerations related to thesis are introduced, too. Smart cards and NFC/RFID technology are in use for loads of applications. If the biometric information is intended to be embedded into these technologies, then some scientific questions arise related to security. Moreover, if wireless technology is in use as a hardware module, then another security circumstance emerges to be academically handled as this thesis does via design of communication protocol in the scope of Petri nets. Modelling the own protocol together with data packages, instruction codes etc. makes the thesis more academic and the system more secure. To conclude, the system was successfully designed and all academic approaches were explained in this thesis report.

Yüksek hızlı analog/sayısal dönüştürücüler uygulaması için 1.5ns ile 8ns gecikme kilitlemeli çevrim tasarımı ve serimi

As the VLSI technologies decreases to sub-micron and increases the clock frequencies the demand to correctly align the clock frequency with input data increases. On the other hand, as the clock period is reduced in high-speed applications the timing jitter becomes crucial border in clock distribution networks. Also by decreasing the clock period, if the jitter and skew remain constant, the total clock phase error increases. This issue will hugely affect synchronous system properties like setup and hold times in flip-flops, data access times and the precision of internal control signals. The process, temperature and voltage variation effects on clock are another problems that cause timing jitter and need to be compensated with employing a DLL to stabilize the delay of the unit delay across PVT. In this work, a 120MHz to 670MHz delay locked loop in 180nm TSMC CMOS process is presented to align the input clock and data of the 1.25GSPS high speed digital to analog converter. Three separate voltage controlled delay lines used to achieve a wide frequency range. An 8-Bit shift register is used to select the proper VCDL according to the reference input clock, this is happened by the last 4-Bit of a serial 8-Bit input code of shift register and will be discussed in detail. A TSPC based phase and frequency detector is used to achieve high-speed operation and acceptable rate of jitter to produce UP and DOWN pulses to control charge pump switches. A single ended charge pump is used to convert these UP and DOWN pulses to a control voltage through a loop filter to control the delay of the VCDL and lock the DLL to a one period delayed clock signal. In order to perform corner and monte-carlo simulations and evaluate the performance of the proposed delaye locked loop, a test bench with multiple input frequencies designed to apply different input clock frequencies to the DLL block. The full layout of this system is drawn to evaluate the effect of the parasitics and circuit mismatch. Then cycle to cycle jitter, peak to peak jitter, duty cycle error, settling time are simulated across PVT and monte-carlo results are provided.

Ultrason görüntülerinin havza sınırlama yöntemi kullanılarak bölütlenmesi

Ultrasound imaging is an important medical application as it is a safe, non-invasive, and interactive procedure for creating detailed visualization of various structures within the body. Computational methods help improving the quality of ultrasound images as well as they aid in the discovery of important structures. In this line of research, this thesis studies the segmentation problem in general, which aims to identify regions of interest of a given image, and in particular, focuses on its application on ultrasound images using the watershed algorithm. The thesis consists of three main parts: (i) preprocessing of the ultrasound images, (ii) the watershed algorithm, and (iii) postprocesssing the segmented images. Despite the technical advances in the clinical field, speckle noise continues to pose a challenge in the interpretation of ultrasound images. The first part of the thesis addresses this issue using preprocessing algorithms, namely; histogram equalization and median-based filters to reduce the speckle noise. This yields an initial improvement in the ultrasound image quality. Next, in the second part, the watershed algorithm is used on the filtered images to discover important regions. The algorithm works based on an analogy from geography where watershed lines separate catchment basins from each other, hence creating different segments. The algorithm is applied on both intensity values and local statistics which are based on mean and variance values. A well-known drawback of the watershed algorithm however is that it leads to oversegmentation. Therefore, in the third part, region merging algorithms are studied to overcome this issue. A novel region merging algorithm that incorporates several criteria is proposed. The criteria include the size (the number of pixels in a region), intensity (color values associated with each pixel) and statistical measures (such as variance and mean ratio). These algorithms include three parameters denoted as Tsize, Tincrement and Tmerge which are image dependent. Extensive tests run on a phantom cyst image and a clinical liver image. Our test results show that the numbers of regions for the cyst and liver images are reduced by about ~40 and ~50 times, respectively. Overall, we achieved a significant reduction in oversegmentation using a mixture of pre- and postprocessing. The results demonstrate the effects of each studied component; median-based filtering, watershed segmentation, and region merging.

SAR ADC'lerde kuantalama işleminde bozucu etkilerin analizi ve 50Vpp girişli 14bit 250kS/s SAR ADC ölçümü

Analog to digital converters are instruments that convert a physical quantity, a voltage or a current are the most common quantities in an electrical conversion scenario, to a digital value that represents the amplitude of the physical quantity with respect to a reference. Due to certain error factors, the digital value obtained after the conversion is not the perfect representation of the physical quantity. The design of an analog to digital converter integrated circuits requires the identification of these error factors and their optimization and minimization, and at the same time requiring the optimization of several other performance parameters such as power consumption, chip area and the number of external discrete components required. Reliable methods for characterizing and assessing the performance of analog to digital converters are required to verify and validate the design work. This study focuses on the successive approximation register type of analog to digital converter, in an analysis, design and measurement scenario. The operation principle of the successive approximation register analog to digital converter is analyzed and the primary error factors, stemming from the quantization operation, that deteriorate the performance from an ideal analog to digital converter are identified. The analysis is carried over to the design of a novel 50Vpp input range, with 14bit resolution 250kS/s SAR ADC. The SAR ADC and its operation is presented, with the previously identified error sources are correlated to the operation of the various circuit elements that make up the circuit. Finally, the measurement setup for the SAR ADC is presented. With the measurement setup, the SAR ADC is characterized and its performance parameters are extracted.

Stokastik hesaplamada hata oranlarını azaltmak için yeni yöntemler

Günümüzde hesaplama yapması için tasarlanan devreler küçük boyut ve düşük güç tüketimi gibi konuları dikkate alır. Üretim sürecindeki hatalar olasılıksal terimlerle ifade edilebilir. Bu nedenle bu hatalarla ilgili geleneksel olmayan yöntemler tercih edilmeye başlanmıştır. Stokastik hesaplama, bu geleneksel olmayan yöntemlerden biridir. Stokastik hesaplama, rastgele bit dizileriyle zamanda kesintisiz değerleri temsil eden teknikler topluluğudur ve ilk olarak 1953 yılında John von Neumann tarafından hazırlanan bir makale ile takdim edilmiştir. Bu kesintisiz değerler olasılıklar olarak değerlendirilir. Dolayısıyla geçerli aralık [0,1] aralığıdır. Stokastik hesaplama devrelerini gerçeklemek kolaydır (çarpma için tek bir VE kapısı). Diğer bir deyişle düşük maliyetli gerçeklemeler yapılabilmektedir. İlave olarak, tek bir bit değeri değişimi stokastik sayının temsil ettiği değerde küçük bir değişime neden olacaktır. Bir bit değeri değişimi gerçekleşirse temsil edilen değerin paydası 1 artacak veya azalacaktır. Stokastik hesaplamanın sahip olduğu etkileyici avantajların yanısıra dezavantajları da vardır. Bunlar temelde süre ve hata oranlarıdır. Aynı olasılık değerleri farklı permütasyonlarla da elde edilebileceği için beklenen sonuçlar her zaman elde edilemeyebilir. Bu durum hatalı bir değer elde edilmesine yol açabilir. Kısa bit dizileri için bu hata oranları oldukça yüksektir. Hata oranlarını azaltmak için, dizilerin uzunluklarının arttırılması gerekmektedir. Ancak, uzun bit dizileri işlem süresini arttırmaktadır. Stokastik hesaplama alanındaki araştırmalar hata oranlarını göz ardı etmektedir. Yüksek hata oranları stokastik hesaplamanın uygulama alanlarını daraltmaktadır. Bu problem bu tezi yazmada temel motivasyonumuz olmuştur. Çarpma ve ölçekli toplama stokastik hesaplamanın temel aritmetik işlemleridir. Çarpma giriş dizisinin uzunluğundan bağımsız olarak tek bir VE kapısı ile gerçeklenebilmektedir. Geleneksel yöntem ile uzun bit dizilerini çarpmak için fazla sayıda eleman içeren bir devre kullanılmalıdır. [0,1] kapalı aralığında kalma zorunluluğu olduğu için toplama işlemi stokastik hesaplamada kullanılamaz. Onun yerine ölçekli toplama tanımlanmıştır. Ölçekli toplama yapmak için çoklayıcı kullanılır. Stokastik devrelerde çıkış deterministiktir. Çünkü çıkıştaki değer, çıkış dizisinin içerdiği lojik 1'ler sayılarak elde edilir. Ancak, rastgele bit atama yönteminde girişler olasılıksaldır. Bu yüzden hata oranları bu yöntemde yüksek çıkmaktadır. Hata oranlarını azaltmak amacıyla girişlerin de deterministik olduğu rastgele bit karıştırma yöntemi önerilmiştir. Geleneksel stokastik hesaplamada Bernoulli dağılımına sahip bit dizileri birbirinden bağımsızdır. Bağımsız bit dizileri ile girişlerin tüm kombinasyonları için hatasız çıkış elde etmek mümkün değildir. Eğer giriş dizileri bağımlı hale gelirse beklenen çıkış değeri de değişir. Bağımlılık kullanılarak hatasız çıkışlar elde etmek mümkündür. Bir girişin değili ikinci giriş olarak uygulanırsa çıkışta 0 değeri elde edilir. Ayrıca iki girişe de aynı dizi uygulanırsa, çıkışta da aynı dizi elde edilir. Ancak çıkışta elde edilmesi beklenen değerler elde edilen değerler değildir. Bu bağımlılığın sonucudur. Bu tezde, ilk bölümde hata oranlarını azaltmak amacıyla, adını rastgele bit karıştırma yöntemi koyduğumuz yeni bir yöntem önerdik. Bu yöntem, stokastik hesaplamada geleneksel olarak kullanılan rastgele bit üreteçleri ile oluşturulan bit dizileri ile (bu yönteme de rastgele bit atama yöntemi adını koyduk), lojik kapılar ve bunlardan oluşan devreler kullanılarak hata oranları üzerinden karşılaştırılmıştır. İki yöntemin arasındaki fark giriş dizileri aynı değerleri temsil etse de dizilerin fiziksel olarak farklılık göstermesidir. Karşılaştırma yapmak için çeşitli giriş kombinasyonları ile hatayı veren iki ve üç boyutlu grafikler çıkarılmış, bit dizilerinin değişik uzunlukları dikkate alınmış, lojik kapılar için genel hata denklemleri oluşturulmuş, yazılımlar yardımıyla oluşturulan algoritmalar gerçeklenmiştir. Elde edilen veriler ışığında, önerilen rastgele bit karıştırma yöntemi, temel lojik kapılar için geleneksel yöntemden daha iyi hata oranları vermiştir. Bağımlılık kullanılarak hatasız çıkışlar elde etmek mümkündür sonucuna vardıktan sonra bağımlılığı kullanarak hatasız çıkış değerleri elde etmeye çalıştık. Bağımlılığı kullandığımız devre yapılarında rastgele bit karıştırma yöntemi kullanılmalıdır. Rastgele bit atama yöntemi ile hatasız sonuçlar elde edilemez. Giriş dizilerini iyileştirme çalışmalarından sonra devre yapısını iyileştirmeye çalıştık. 3. kısımda 0.5 ile hatasız çarpma yapan bir blok ve hatasız çarpma için iki yöntem önerdik. 0.5 ile çarpma bloğunu herhangi bir olasılık değerini hatasız elde etmek için uyarladık. Önerdiğimiz iki yönteme de bit bit kaydırma ve dizi klonlama yöntemi adını verdik. Bilgisayar programları ile yaptığımız simülasyonlarda önerdiğimiz bloğun ve yöntemlerin hatasız sonuçlar verdiğini doğruladık. 4. kısımda, çalışmamız sonucunda elde ettiğimiz sonuçları yorumladık ve gelecekte uygulanabileceği çalışma alanlarından da bahsettik.

Bir dairesel polarizasyonlu mikroşerit antende eksenel oran frekans bant genişliğinin mantar biçimli bir elektromanyetik bant aralığı yapısı ile artırılması

Bu çalışmada ISM 2.4 bandında çalışan dairesel polarizasyonlu bir mikroşerit antenin eksenel oran bant genişliğinin, etrafına yerleştirilen polarizasyon bağımlı mantar biçimli düzlemsel elektromanyetik bant aralığı yapıları ile artırılması hedeflenmiştir. Bilindiği üzere tek beslemeli mikroşerit antenlerin dairesel polarizasyon bant genişliği çok dardır. Eksenel oranın 3 dB'in altında kaldığı bant aralığı göz önüne alındığında bu bant genişliğinin yüzde 2-3 civarında olduğu görülmektedir. Çoklu besleme ve birden fazla eleman kullanımı gibi teknikler ile bant genişliği artırılabilse de bu yaklaşım, genellikle antenin besleme hattının karmaşıklaşması veya anten toplam boyutunun artması problemini beraberinde getirmektedir. Elektromanyetik bant aralığı yapıları, metamalzeme olarak adlandırılan yapay malzemelerin bir alt dalıdır. Mantar biçimli elektromanyetik bant aralığı yapıları ise daha özel bir kavramdır. Bu yapıların üst kısmı iletken bir şerit halinde kare, altıgen gibi düzgün bir geometrik şekle sahiptir. Yapının alt kısmı elektriksel iletken bir toprak yüzeyi ile kaplıdır ve yapının ortasında üst kısmı ile alt kısmını birbirine bağlayan iletken yollar bulunur. Bu yapılar, elemanlar arasındaki boşluk ve üst kısmı alt kısma bağlayan iletken yollar nedeniyle bir LC devresi ile modellenebilir ve rezonans devresi gibi davranır. Bu özelliği sayesinde bu yapıların yasak bant oluşturduğu bilinmektedir. Polarizasyon bağlımlı elektromanyetik bant aralığı yapıları ise dalganın farklı polarizasyonuna farklı tepkiler veren yapılardır. Mantar biçimli polarizasyon bağımlı yapılar ise genellikle üst iletkeninin şeklinin farklı polarizasyonlarda farklı tepkiler verecek şekilde dikdörtgen yapı olarak veya iletken yolun yerinin değiştirilmesi ile gerçeklenir. Bu şekilde farklı polarizasyonlu dalgaların göreceği endüktans değeri değişeceğinden rezonans frekansı da değişecektir. Bu tezde polarizasyon bağımlı elektromanyetik bant aralığı yapılarının uygun konfigürasyonda dairesel polarizasyonlu bir mikroşerit antenin eksenel oran bant genişliğini artırabildiği gösterilmiştir. Anten etrafına yerleştirilen 12 adet dikdörtgen şekilli mantar biçimli elektromanyetik bant aralığı yapısı sayesinde %2-3 civarında olan 3dB eksenel oran bant genişliği %6-7 civarına çıkarılmıştır. Bu da ISM 2.4 bandının tek beslemeli bir mikroşerit anten ile düşük profilli bir yapı kullanılarak kapsanması anlamına gelmektedir. Tasarımın boyutu, geleneksel kare yama antene göre bir miktar daha büyük olsa da bu bant genişliğini elde etmek için tasarlanan dizi yapılarından daha az yer kapladığı söylenebilir.

Seyreklik temelli sınıflandırmanın hiperspektral görüntülerde uygulamaları

Teknolojinin gelişmesine paralel olarak sayısal algılamada kullanılan sensörler de gelişmektedir. Ölçülen ve üretilen verilerin kullanılabilmesi için aynı oranda iletim hızının ve saklama kapasitesinin artması beklenmektedir. Ancak sensör teknolojileri hızla ilerlerlerken aynı kapasitede bu iki teknoloji gelişememektedir. Her yıl bir önceki yıldan yüzde 58 daha fazla veri üretilmektedir. Sıkıştırılmış algılama bu sorunu çözmek için geliştirilmiştir.Sıkıştırılmış algılama sinyalin elde edilmesinde ve geri çatılmasında kullanılan etkili bir sinyal işleme tekniğidir. Sıkıştırılmış algılama günümüzde önemli ve çok popüler bir sinyal işleme modeli olarak kullanılmaktadır. Uzaktan algılamada yeryüzü yüzeyinden alınan görüntüler bant çözünürlüklerine göre sınıflandırılabilmektedirler. Hiperspektral görüntüler yüzlerce dar banttan oluşurlar ve çok yüksek miktarda spektral bilgi içerirler. Hiperspektral görüntülerde yer alan daha fazla spektral bilgi alındığı bölgenin daha iyi karakterizasyonu yansıtmaktadır. Arazi örtüsünün tanımlanmasında, ayırt edilmesinde ve sınıflandırmasında doğruluğu ve gürbüzlüğü diğer görüntülere göre daha yüksektir. Sınıflandırma uzaktan algılanarak elde edilen görüntülerin yorumlanabilir haritalara çevrilmesini sağlayan geliştirme sürecidir. Ayrıca, sınıflandırma coğrafi bilgi biliminin görüntü işlemede en önemli yönüdür. Bu tez kapsamında hiperspektral görüntüler üzerine seyreklik tabanlı sınıflandırıcılar uygulanması üzerine çalışılmıştır. Hiperspektral görüntüler üzerinde seyreklik yaklaşımını kullanan iki farklı algoritma, destek vektör makineleri ve en yakın komşuluk algoritmaları koşturularak yüzey örtüleri sınıflandırılmıştır. Açık kaynak olarak sunulan dört farklı veri seti kullanılmıştır. Hiperspektral veri setleri içerisindeki her ayrı sınıftan yüzde 10 eğitim için seçilirken geriye kalan yüzde 90 veri seti ise test verisi olarak kullanılmıştır. Başarımlar, doğruluk haritalarına göre karşılaştırılarak; her sınıf için ayrı ayrı ve genel ortalamalarda hesaplanmıştır. Seyreklik yaklaşımını kullanan iki algoritma gerçeklenmiştir. Gerçeklenen algoritmalardan biri sadece seyreklik yaklaşımını kullanırken diğer algoritma seyreklik yaklaşımının yanında destek vektör makinelerini de (Support Vector Machines – SVM) kullanan hibrit bir tekniktir. Ayrıca, bu hibrit algoritmada spektral bilgiler yanında uzamsal bilgiler de kullanılarak sınıflandırma başarımı arttırılmaya çalışılmıştır. Klasik sayılabilecek destek vektör makineleri ve en yakın komşuluk yöntemlerinin başarım çıktıları ile seyreklik tabanlı sınıflandırıcıların başarımları karşılaştırılmıştır. Seyreklik tabanlı sınıflandırıcıların klasik yöntemlerden daha iyi sonuçlar verdiği gözlemlenmiştir. Seyreklik yaklaşımında uzamsal bilgilerin de kullanılmasıyla sınıflandırma başarımının daha da arttığı görülmektedir. Seyreklik tabanlı algoritmaların işlem karmaşıklığının yüksek oluşundan dolayı çalışma süreleri klasik algoritmalardan daha fazla olduğu gözlemlenmiştir.

Temel görüntü işleme algoritmalarının FPGA üzerinde gerçeklenmesi

Projede görüntü işleme algoritmalarının çoğunda uygulanan temel algoritmalar FPGA üzerinde alıştırılmıştır. Bu algoritmaların başında RGB gri dönüşümünün yapılması, sobel ve prewitt operatorleri, Gauss filtresi, LoG dönüşümü ve Canny kenar belirleme algoritmalarıdır. Buradaki algoritmalar diğer görüntü işleme algoritmalarının temelini oluşturması açısından önemlidir. Daha gelişmiş görüntü işleme algoritmaları çalıştırılırken önce bu algoritmalar uygulanır. Bu durum projede bu algoritmalarının konu olarak alınma amaçlarından biridir. Bu proje sonunda temel algoritmaların FPGA üzerinde çalışabildiği görülmüştür ve böylece bu tür algoritmaların üzerinde çalışabileceği bilgisayar dışında alternatif bir çalışma ortamının olduğu gösterilmiş oldu.

SAR ADC'nin davranışsal modellenmesi

During the last two decades, the usage of integrated circuits have been increased in modern electronic systems due to development of the process technology while offering low cost and high performance. Also it leads to powerful digital signal processing techniques that require an analog-to-digital converter (ADC) to communicate with analog world. Nowadays, ADCs (Analog to Digital Converters) become very popular with the increase of mixed signal applications in electronic. Moreover, energy consumption have been the most significant topic in the last decade. Amongst various ADC architectures, SAR (Successive Approximation Register) ADC becomes most common ADC architecture as it is suitable for low power, medium to high resolution and medium speed applications. Previously, Capacitive DAC array was the most critical block of SAR ADC, due to the matching of the elements in the DAC that determines the total noise contribution and linearity of SAR ADC. Developing technology gives an opportunity to implement the DAC with smaller area and better matching and as a result it is possible to reach higher resolution with SAR ADC. However other non-idealities of the blocks in SAR ADC must be taking into account to attain higher resolution together with high speed. The increase of transistor number in the circuit due to the development of process technology cause long transistor-level simulation time that can be take days to complete. However, Matlab or Simulink models offer fast and accurate results that can be used to determine design specifications or to investigate exist architecture. In this thesis, complete behavioral model of a two-step SAR ADC architecture is studied in Matlab Simulink environment to analyze non-idealities of capacitive DAC, comparator, opamp, clock signal and reference voltages by using charge equations that are derived to find transfer functions of the SAR-ADC. Since all block parameters are set as a variable, it is possible to use model for any Nbit SAR ADC architecture with small changes. Moreover the model shows promising results with respect to measurement results of the SAR-ADC that is also studied in the thesis. As a consequence, accomplished model is a powerful tool that helps to understand basic and complex behaviour of the SAR ADC and provides information about limiting factors for ADC in a short time period compared to transistor-level simulations.

Yükselme eğimi kontrollü farksal çıkış sürücüsü tasarımı

In the last two decades, usage area of integrated circuits have been gradually increased with the developments in the process technology. Moreover, Due to developments in process technology, the area of integrated circuit is reduced and digital blocks has been able to switch at high speeds. Although the switching activities is performed in the digital blocks of the integrated circuit, these activities may reveal an undesired noise which effects the performance of both analog and digital blocks in the integrated circuits. This noise is called as a simultaneous switching noise or inductive noise. The simultaneous switching noise increases depending on the frequency of switching activity and the amount of a current which sourced to a load. Various techniques is proposed to solve this phenomena up to the present. However, the proposed circuits provides solution for specific application and they can not create the desired effect for different load types. For instance, inductive loads cause an voltage spikes at the output signals when they are driven by a rapid current changes. This ringings reveal an distortion at the output signals, even they may reach the voltage levels which cause an permanent damage to the circuit In this study, an output driver structure, which is capable to drive low impedance load in a controlled manner, is discussed. The sensitivity to the simultaneous switching noise is reduced by adding a slew rate and amplitude control system to the circuit. Moreover, the circuit is optimized to drive inductive loads which is common element in the industrial applications. Proposed output driver is implemented with XFAB's 0.35 μm CMOS process with high voltage option. Drain terminal breakdown voltage of high voltage transistors is 10 V. Designed circuit consumes 52.8 mW in the high power mode and 33 mW in lower mode under typical conditions. These values does not represents the power which is transferred to the load. The current transferred to the load is maximum 200 mA in the high power mode and maximum 100 mA in the low power mode. Total area of the chip is 2x2.45 mm 2 and it consists two output drivers which are independent from each other.

Otonom robot ve kontrol birimi tasarımı

Mobil robotlar günümüzde tarım, mayın tarama, askeri uygulamalar, uzay araştırmaları ve insanların erişemediği veya nükleer santraller gibi insanlara zararlı ortamlarda kullanılmaktadırlar. Ancak bu robotların bazıları bir operatörden bağımsız olarak, diğer bir deyişle otonom olarak çalışmaktadırlar. Dünyada çeşitli alanlarda kullanılmak üzere otonom robot geliştirmek için bir yarış vardır. Bu tezde çeşitli alanlarda kullanılmak üzere (öncelikli olarak tarım alanında) otonom robot ve kontrol ünitesi tasarlanmıştır ve gerçekleştirilmiştir. Projede tasarım yapılırken modülerlik, düşük maliyet, yerli üretime katkı, çevre şartlarına uygunluk ve özgünlük özelliklerine sahip bir robot tasarlanmaya çalışılmıştır. Robotun kontrol ünitesinin robotun taşıyıcı platformundan bağımsız olmasına dikkat edilmiştir. Çünkü projede kullanılan platformun amaca ve kullanılacağı araziye uygun olarak değiştirilebilmesi istenmektedir. Tasarlanan kontrol ünitesi içinde batarya kontrol sistemi, bütün sensör verilerini işleyen, diğer kartlarla haberleşen ve robotun motorlarını süren bir ana kart ve görüntü işleme görevlerini yerine getirebilecek olan bir mini bilgisayar bulunmaktadır. Ana kart açı ve konum sensörleri, mesafe sensörleri, tekerlek hızını ölçen sensörler ve diğer kartlardan bilgiler alarak robotun tekerleklerini motor sürücü vasıtasıyla sürmektedir. Robot platformu altı tekerlek ve alüminyum bir iskeletten oluşmaktadır. Her tekerlek ayrı bir motor tarafından sürülmektedir. Robot kızaklı yönlendirme metodunu kullanarak hareket etmektedir. Yani robotun sağ üç motoru ayrı, sol üç motoru ayrı kontrol edilmektedir. Kızaklı yönlendirme metodu, diferansiyel yönlendirme metoduna çok benzemektedir. Robotun küçük ve modüler olması istendiği için robot tasarımı üç ayrı seviye halinde yapılmıştır. İlk seviyede robotun iskeleti, motorları ve bataryaları bulunmaktadır. Birinci seviyeye araç geliştirilirken değişiklik yapılması istenmeyen parçalar yerleştirilmiştir. Ayrıca birinci seviye, platforma özgü bir seviyedir. Birinci seviye paletli, dört tekerlekli, altı tekerlekli bir platform olabilir. Hatta diferansiyel yönlendirme ile kontrol edilebilen bir deniz aracı bile olabilir. İkinci seviyede, robot için tasarlanmış olan kontrol ünitesi bulunmaktadır. İkinci seviye için kısaca robotun beyni denilebilir. Üçüncü seviyede ise amaca uygun parçalar bulunmaktadır. Örneğin, aracın açık arazilerde otonom hareket etmesi istendiği için üçüncü seviyeye açı ve konum sensörleri eklenmiştir. Üçüncü seviye, gelecekte robota dahil edilebilecek birimlerin ekleneceği seviye olarak tasarlanmıştır. Sonuç olarak, çeşitli amaçlara uygun olan bir otonom mobil robot ve kontrol ünitesi tasarlanmış ve gerçekleştirilmiştir. Şu anda robot manuel kontrol ve merkez ile haberleşme görevlerini yerine getirmektedir. İlerleyen çalışmalarda görüntü işleme ve kontrol yöntemleri uygulanarak robotun otonom hareket etmesi sağlanacaktır. Robotun ilk olarak tarım alanlarındaki ürün sıraları arasında otonom hareket edebilmesi için açı, konum ve mesafe sensörlerinden aldığı bilgileri, görüntü işleme kartından gelen bilgiler ile birleştirmesi hedeflenmektedir.