Görünür ışık haberleşme sistemleri için akıllı alıcıların geliştirilmesi

Öz

Günümüz radyo frekans bantlarının doyuma ulaşması nedeniyle, kullanıcı taleplerinin karşılanması için alternatif haberleşme sistemlerinin kullanılması bir zorunluluk haline gelmiştir. Bu nedenle Görünür Işık Haberleşme (VLC) sistemleri, radyo frekans haberleşmesinin tamamlayıcısı olarak geliştirilmiştir. Bir optik kablosuz haberleşme teknolojisi olan VLC, genellikle oda içi uygulamalar için umut verici bir haberleşme sistemi olarak öngörülmektedir. Bu çalışmada, VLC sistemlerinde yaygın kullanılan Darbe Genlik Modülasyonu yönteminin bir çeşidi olan SPAM (Üst-üste Konumlandırılmış Darbe Genlik Modülasyonu) iletim şeması için Çok Seviyeli Tahmin Yöntemi (ÇSTY) olarak adlandırılan bir yöntem geliştirilmiştir. ÇSTY’ye ek olarak karşılaştırma yapmak için, makine öğrenmesi yöntemlerinden birisi olan K-ortalamalar yöntemi tabanlı eşik değeri tahmin yöntemi geliştirilmiştir. ÇSTY ve geliştirilen K-ortalamalar tabanlı alıcı sistemlerinin başarımlarını analiz edebilmek için mükemmel eşik değeri bilgisine sahip geleneksel sistemin performansı incelenmiştir. Üç sistem için yapılan karşılaştırmalı analiz sonuçlarına göre; K-ortalamalar tabanlı alıcının aynı eğitim seti verisi için tahmin ettiği eşik değerleri arasında yüksek sapmalar olduğu görülmüştür. Yüksek sapmaların da anlamsız BER sonuçlarına neden olduğu görülmüştür. Ancak düşük boyutlarda eğitim seti kullanan ÇSTY’nin, mükemmel eşik değeri bilgisine sahip geleneksel sistemle benzer BER performansı verdiği gözlemlenmiştir

Anahtar Kelimeler

• ÇSTY
• Görünür Işık Haberleşmesi
• K-ortalamalar
• Akıllı Alıcı

Destekleyen Kurum

Osmaniye Korkut Ata Üniversitesi

Proje Numarası

OKÜBAP-2023-PT2-046

Teşekkür

Bu çalışma Osmaniye Korkut Ata Üniversitesi tarafından desteklenmiştir (BAP Proje Kodu: OKÜBAP-2023-PT2-046). Yazarlar, Osmaniye Korkut Ata Üniversitesi'ne teşekkür ederler.

Kaynakça

1. 1. Prakash C., Singh L. P., Gupta A., Lohan S. K., Advancements in smart farming: A comprehensive review of IoT, wireless communication, sensors, and hardware for agricultural automation, Sensors and Actuators A: Physical, 362 114605, 2023.
2. 2. Zhang W., Zhao X., Zhao Y., Sun J., On security performance analysis of IRS-aided VLC/RF hybrid system”, Physical Communication, 61, 102176, 2023.
3. 3. Chen Y., Gan C., Wang X., Chen Y., Self-adaptive anti-misalignment model for transceivers in hybrid (RF/VLC)-V2V network, Optical Switching and Networking, 48, 100729, 2023.
4. 4. Sarkar D., Pal V., Yadav S. S., Patra S. K., IRS-aided NOMA-based communication architecture for 6G wireless networks: An enhanced error-control and reliable data transmission, Physical Communication, 65, 102394, 2024.
5. 5. Ramachandrapura S., Ahmad F., Prosad A., Raghunathan V., Dual-carrier multiplexed laser-based hybrid transmitter for high data-rate indoor optical wireless communication, Optik, 274, 170522, 2023.
6. 6. Shukla N. K., Mayet A. M., Vats A., Aggarwal M., Raja R. K., Verma R., Muqeet, M. A. , High speed integrated RF–VLC data communication system: Performance constraints and capacity considerations, Physical Communication, 50, 101492, 2022.
7. 7. Kasiselvanathan M., P. P., Raja L., Lebaka S., A multi-radio antenna system for Cognitive Radio(CR), 5G, WLAN and UWB MIMO applications, AEU - International Journal of Electronics and Communications, 180, 155315, 2024.
8. 8. Ito M., Saito S., Suganuma H., Ogawa K., Maehara F., Effectiveness evaluation of MIMO in polarized OAM multiplexing, IEICE Journals & Magazine, 13 (3), 60-63, 2024.

9. 9. Wu W.-C., Chen G.-L., Multiuser downlink communication for MIMO-VLC system using spatial modulation and optical orthogonal codes, Physical Communication, 63, 102264, 2024.
10. 10. Dixit V., Kumar A., BER analysis of dynamic FOV based MIMO-NOMA-VLC system, AEU - International Journal of Electronics and Communications, 142, 153989, 2021.
11. 11. Nguyen H., Krishna I. B. Yoga Utama, Jang Y. M., Enabling Technologies and New Challenges in IEEE 802.15.7 Optical Camera Communications Standard, IEEE Communications Magazine, 62 (3), 90-95, 2024.
12. 12. Perlaza J. S. B., Domínguez R. L., Heredia E. S. M., Phase Characterization and Correction in a Hardware Implementation of an OFDM-Based System for VLC Applications, IEEE Photonics Journal, 15 (2), 1-7, 2023.
13. 13. Dutta S., Wienk G. J. M., Hueting R. J. E., Schmitz J., Annema A.-J., Optical Power Efficiency Versus Breakdown Voltage of Avalanche-Mode Silicon LEDs in CMOS, IEEE Electron Device Letters, 38 (7), 898-901, 2017.
14. 14. Horng R.-H., Chen Y.-F., Wang C.-H., Chen H.-Y., Development of Metal Bonding for Passive Matrix Micro-LED Display Applications, IEEE Electron Device Letters, 42 (7), 1017-1020, 2021.
15. 15. Danys, L., Zolotova, I., Romero, D., Papcun, P., Kajati, E., Jaros, R., Koudelka P., Koziorek J., Martinek, R., Visible Light Communication and localization: A study on tracking solutions for Industry 4.0 and the Operator 4.0, Journal of Manufacturing Systems, 64, 535-545, 2022.
16. 16. Shao S., Khreishah A., Khalil I., RETRO: Retroreflector Based Visible Light Indoor Localization for Real-time Tracking of IoT Devices, IEEE Conference on Computer Communications, Honolulu-ABD, 1025-1033, 15-19 Nisan, 2018.
17. 17. Huang Y., Guo Z., Wang X., Li H., Xiang D., GaN-Based High-Response Frequency and High-Optical Power Matrix Micro-LED for Visible Light Communication, IEEE Electron Device Letters, 41 (10), 1536-1539, 2020.
18. 18. Wu Y., Mao X., Min C., Yan D., Chen H., GaN FET Push–Pull Driver Circuit Enabling Power Light Emitting Diode to be a High-Efficiency, High-Speed Wireless Transmitter, IEEE Photonics Journal, 10 (6), 1-10, 2018.
19. 19. Mohammed, N. A., Kareem A. B., Design and performance evaluation for a non-line of sight VLC dimmable system based on SC-LPPM, IEEE Access 6, 52393-52405, 2018.
20. 20. Ghassemlooy, Z., Wasiu P., Sujan R., Optical wireless communications: system and channel modelling with Matlab®, CRC press, 2019.
21. 21. Aydin, B., Duman Ç., Comparison of OOK-RZ and 4-PPM performances in Li-Fi systems using LED arrays, Optics & Laser Technology 153, 108247, 2022.
22. 22. Sönmez, M., Artificial neural network-based threshold detection for OOK-VLC Systems, Optics Communications, 460 (125107), 1-10, 2020.
23. 23. Li, J. F., Huang, Z. T., Zhang, R. Q., Zeng, F. X., Jiang, M., Ji, Y. F., Superposed pulse amplitude modulation for visible light communication, Optics express, 21 (25), 31006-31011, 2013.
24. 24. Lin, B., Tang, X., Ghassemlooy, Z., Lin, C., Li, Y., Experimental demonstration of an indoor VLC positioning system based on OFDMA, IEEE Photonics Journal, 9 (2), 1-9, 2017.
25. 25. Boran, D., Çürük, S. M., Investigation of indoor Terahertz channel characteristics with deterministic and stochastic approaches, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 40 (2), 801-814, 2025.
26. 26. Ayten, K., Sönmez, M., Threshold detection and slot clustering algorithms in DPIM-VLC systems, Optik, 248, 1-14, 2021.
27. 27. Ma, J., He, J., Shi, J., Zhou, Z., Deng, R, Nonlinear compensation based on K-means clustering algorithm for Nyquist PAM-4 VLC system, IEEE Photonics Technology Letters, 31 (12), 935-938, 2019.
28. 28. Yuan, Y., Zhang, M., Luo, P., Ghassemlooy, Z., Lang, L., Wang, D., Zhang, B., Han, D., SVM-based detection in visible light communications, Optik, 151, 55-64, 2017.
29. 29. Kahn, J. M., Barry, J. R., Wireless infrared communications, Proceedings of the IEEE, 85 (2), 265–298, 1997.
30. 30. Maras M., Özen A., A novel optical OFDM waveform design for visible light communication systems. Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 39 (3), 1907-1916, 2024.
31. 31. Komine, T., Nakagawa, M., Fundamental analysis for visible-light communication system using LED lights, IEEE transactions on Consumer Electronics, 50 (1), 100-107, 2004.
32. 32. Wang, Z., Zhong, W. D., Yu, C., Chen, J., Francois, C. P. S., Chen, W., Performance of dimming control scheme in visible light communication system, Optics express, 20 (17), 18861-18868, 2012.
33. 33. Chabok, S. N., Baghersalimi, G., Goorani, H., Performance optimization of hybrid VLC-PLC systems using OFDM-QAM modulation for High-Speed indoor communications, Results in Optics, 22 (100946), 1-10, 2026.
34. 34. Becerra, R., Azurdia-Meza, C.A., Játiva, P. P., Soto, I., Sandoval, J., Ijaz, M., Carrera, D. F., AWavelength-Dependent Visible Light Communication Channel Model for Underground Environments and Its Performance Using a Color-Shift Keying Modulation Scheme, Electronics, 12 (3), 1-22, 2023.
35. 35. Priol, R. L., Hélard, M., Haese, S., Roy, S., Experimental Comparison of PAM and CAP Modulation for Visible Light Communication Under Illumination Constraints, IEEE Photonics Journal, 14 (2), 7315811, 2022.