Yazar
Yıldız, Samet
Basım Tarihi
2024-08-30T14:54:56Z
Konu
Optik iletişim, Aydınlatma, Kablosuz güç iletimi, Kablosuz iletişim sistemleri, Elektronik mühendisliği
Tür
Belge
Dil
İngilizce
Dijital
Evet
Yazma
Hayır
Kütüphane
Özyeğin Üniversitesi
Kayıt Numarası
df0a1efb-4e3f-4724-807a-b54ff1538489
Lokasyon
Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü
Tarih
2024-08-30T14:54:56Z
Örnek Metin
Bilimsel veri toplama, çevreyi izleme, açık denizdeki petrol sahalarını keşfetme, arkeoloji, liman güvenliği ve gözetleme gibi insan faaliyetleri arttıkça su altı iletişim sistemlerine olan talep de arttı. Su altındaki kablolu hat sistemleri, çeşitli şekillerde gerçek zamanlı iletişim sağlayabilir. Ancak kablolu hat sistemleri esneklikleri, yüksek maliyetleri ve çoğu gerçek hayattaki durumlarda su altında kullanılmalarının operasyonel dezavantajları nedeniyle sınırlıdır. Bu nedenle su altı kablosuz iletişimi araştırmacıların kaçınılmaz olarak ilgisini çekmiştir. Sualtı kablosuz iletimi, onlarca kilometreye kadar mesafeleri destekleme kapasitesi nedeniyle genellikle akustik sinyal kullanılarak gerçekleştirilir. Bununla birlikte, düşük veri hızı nedeniyle (Saniyede onlarca Kilobit (Kb/s) cinsinden), görüntü veya gerçek zamanlı video iletimi gibi yüksek bant genişliğine sahip su altı uygulamaları için uygun değildir. Bu nedenle optik iletişim, düşük kapasiteli akustik iletişime yüksek kapasiteli bir alternatif sunar. Suyun mavi ve yeşil ışığa (450 nm – 550 nm) şeffaflığı sayesinde, Lazer Diyotlar (LD'ler) veya Işık Yayan Diyotlar (LED'ler), dalga boyu başına Saniyede onlarca Gigabit'e (Gb/s) varan veri hızlarına sahip su altı kablosuz vericileri olarak potansiyel olarak hizmet edebilir. Teorik çalışmaların doğrulanması için herhangi bir teknolojinin deneysel doğrulama ve araştırmadan geçmesi gerekir. Ancak Sualtı Görünür Işık İletişimi (UVLC) sistemleri için hâlâ daha deneysel doğrulama yapılması gerekiyor. Ek olarak, su altı ortamlarındaki büyük zayıflamanın neden olduğu bir darboğaz olan yol kaybının da ele alınması gerekir. Bu nedenle su altında yayılan yarı koşutlanmış optik sinyaller için deneysel doğrulamaya ihtiyaç vardır. Deneysel olarak doğrulanan zayıflama modeline dayanarak, yarı koşutlanmış bir kaynağa sahip bir UVLC, UVLC'nin performans kısıtlamalarını elde etmek, bir reflektör yoluyla alınan optik sinyalin nasıl daha da iyileştirilebileceği ve güneş gürültüsü varlığında sistem performansının nasıl optimize edileceği araştırılacaktır. Bunlardan hareketle, paralelleştirilmiş ve yarı koşutlanmış bir UVLC zayıflama modelinin deneysel olarak doğrulanmasını hedefliyoruz. Bu nedenle öncelikle suyun sönüm katsayısını deneysel olarak ölçtükten sonra paralelleştirilmiş ölçümlerin doğruluğunu teyit ediyoruz. Daha sonra, çeşitli optik lensler kullanarak yarı paralelleştirilmiş bir Gauss ışını oluşturduktan sonra ışının sapma açısını ölçeriz. Daha sonra OKATEM Araştırma merkezindeki kapalı bir akvaryumdaki farklı su türleri ve Gauss ışın şekline sahip paralelleştirilmiş ve yarı paralelleştirilmiş lazer kaynakları dikkate alınarak UVLC yol kaybı kanal katsayısını belirlemek için ölçümler yapıyoruz. Son olarak, hem zayıflamayı hem de geometrik kaybı içeren teorik olarak önerilen toplam kanal modelini deneysel olarak doğruladık. Halihazırda deneysel olarak doğrulanmış olan geleneksel UVLC yarı paralelleştirilmiş kanallara yeterince güvenerek, türbülans ve işaretleme hatalarının olmadığı durumlarda UVLC sisteminin performans kısıtlamalarını araştırıyoruz. Hedeflenen Bit Hata Oranı (BER) performansı için, ulaşılabilir maksimum bağlantı mesafesi, kabul edilebilir maksimum ışın sapma açısı, kabul edilebilir minimum alıcı açıklık çapı ve kabul edilebilir maksimum su bulanıklığı için kapalı form ifadeleri türetiyoruz. Bu ifadeleri kullanarak, M-ary Tek Kutuplu Darbe-Genlik Modülasyonu (PAM) (M-UPAM) UVLC sistemlerinin istenen sistem performansını kullanarak istenen BER performansını karşılamak için saf deniz, berrak okyanus ve kıyı suyundaki simülasyon ortamında her sistem parametresinin performansını araştırıyoruz. Görüş Hattı (LOS) bağlantıları için toplam yol kaybı kanal katsayısını doğruladıktan sonra, saçılan ışınların bir reflektör ile fotodetektöre yansıtılarak kanal kazancını destekleyeceğini gözlemliyoruz. Literatürde, reflektör destekli iletim tekniği, daha yüksek alınan sinyal gücü için hem doğrudan hem de dağınık ışınların alınmasından sonra araştırılmaktadır. Bu nedenle, LOS bağlantısına ek olarak su yüzeyi ve insan yapımı reflektör (örn. ayna) aracılığıyla Görüş Hattı Dışı (NLOS) iletim olduğunu varsayarak su altı yol kaybı için kapalı formda bir ifade öneriyoruz. İlk olarak, türetilmiş ifadeyi kullanarak, yansımadan elde edilebilecek maksimum ulaşılabilir kanal katsayısı ile genel kanal katsayısı arasındaki oran olarak tanımlanan ulaşılabilir NLOS kazancını nicelleştiriyoruz. Daha sonra, akvaryumdaki yansıtıcı yüzeyler olarak su yüzeyini ve aynayı kullanarak bulgularımızı deneysel olarak doğruluyoruz. Sonuçlarımız, yansımalar nedeniyle yaklaşık 3 dB'e kadar elde edilebilir kazanımların gözlemlenebileceğini ortaya koymaktadır. Bu tezin son bölümünde, analitik ve deneysel olarak analiz ettiğimiz bir su altı iletişim konuşlandırma senaryosunda güneş enerjisinin dikey UVLC bağlantılarının performansı üzerindeki etkisini inceliyoruz. Çalışmamızda güneş enerjisinin, görünür ışık spektrumuna göre günün hangi saatindeki konumu, yılın hangi günü olduğu ve yeryüzündeki konumuna göre iletişim kalitesi üzerinde yıkıcı bir etkiye sahip olduğunu gösterdik. Ayrıca, bu UVLC sisteminin çalışmasını optimize etmek amacıyla, sistem parametrelerini optimize etmek amacıyla maksimum Sinyal-Gürültü Oranını (SNR) elde etmek için optimizasyon algoritmaları öneriyoruz. Su altında anahtarlama sistemleri, çeşitli sürekli gerçek zamanlı iletişim sağlar. Bununla birlikte, motor sistemleri, fiziksel olarak sabit yapılar, yüksek sıcaklıklar ve gerçek hayatta kalma çoğu durumda su altında gelişmelere yönelik olasılıklarla karşı karşıyayız. Bu nedenle su altı kablosuz iletişim, araştırmacıların kaçınılmaz bir şekilde ilgisini çekmemiştir. Su altı kablosuz veri akışı, onlarca kilometreye kadar olan mesafeleri destekleme kapasitesi nedeniyle tipik olarak akustik sinyalin kesilmesi. Ancak düşük veri hızı nedeniyle (onlarca Kilobit/Saniye (Kb/s) olarak), görüntü veya gerçek zamanlı video yayını gibi yüksek bant genişliğine sahip su altı uygulamalar için uygun değildir. Bu nedenle optik iletişim, düşük kapasiteli akustik danışmanlık, yüksek kapasiteli bir alternatif sunar. Suyun mavi ve yeşil katmanına karşı şeffaflığı sayesinde (450 nm - 550 nm), Lazer Diyotlar (LD) veya Işık Yayan Diyotlar (LED), potansiyel olarak onlarca Gigabit/Saniye (Gb/s) veri hızına sahip su altı kablosuz vericileri olarak hizmet verebilir. Herhangi bir teknolojik sızıntı için teorik olarak bilgilerin doğrulanması ve araştırmadan korunması gerekir. Bununla birlikte, Sualtı Görünür Işık İletimi (UVLC) sistemleri için daha fazla taramaya ihtiyaç vardır. Spesifik olarak, su altı ortamlarında büyük zayıflama nedeniyle bir kaçınılmaz olan yol kaybının ele geçirilmesi gerekir. Yarı çalıştırılmış optik işleyişin sualtı yayılımı bu nedenle taraklı olarak doğrulanmalıdır. Deneysel olarak doğrulanmış hatalanma modeline dayalı olarak, UVLC'nin performans sınırlamalarını elde etmek için yarı paralelleştirilmiş kaynağa sahip bir UVLC sistemi daha fazla araştırılmalıdır. Ek olarak, su akışıyla alınan bir optik sinyalin, bir reflektör yoluyla aynı anda eklendiği, kapsamlı optik sinyallerin nasıl daha fazla geliştirilebileceğinin incelenmesinin gerekli olduğu gibi, güneş enerjisinin arızalandığı ısıl gürültünün, UVLC sistem oluşumu nasıl ve bundan sonra geliştirilebilir hale getirilebilecek ihtiyaç vardır. Bunlar motif olarak, paralelleştirilmiş ve yarı paralelleştirilmiş bir UVLC zayıflama uzmanı olarak piyasada olmayı hedefliyoruz. Bu nedenle suyun sönmesiyle ölçülen miktarı ölçtükten sonra, paralel ölçümlerin doğruluğunu uzaktan doğru yapacağız. Ardından çeşitli optik lensler kullanarak yarı çalıştırılmış bir Gauss ışığını oluşturduktan sonra ışının sapma açısını ölçeceğiz. Daha sonra OKATEM Araştırma alanı bir kapalı akvaryumdaki farklı su türlerini ve Gauss başlangıç şekillerine uygun paralelleştirilmiş ve yarı paralelleştirilmiş lazer kaynaklarını göz önünde bulundurarak UVLC yol kaybı kanal varlığını belirlemek için ölçümler çoğalır. Son olarak, hem zayıflamayı hem de geometrik kaybı içeren teorik olarak önerilen kanal doktorları tarafından doğrulayacağız. Ayrıca parçalar halinde doğrulanmış geleneksel UVLC yarı paralelleştirilmiş kanallara yeterince güvenerek, türbülanslar ve işaretleme hataları gözardı edilerek, UVLC sisteminin performans kısıtlamalarını araştıracağız. Hedeflenen bir Bit Hata Oranı (BER) performansı için, elde edilebilecek maksimum iletim mesafesi, kabul edilebilir maksimum ışın sapma açısı, kabul edilebilir minimum alıcı çap çapı ve kabul edilebilir maksimum su çıkışı için kapalı biçimli ifadeler türeteceğiz. Bu kolaylıkları kullanarak istenen BER karşılamayı karşılamak için sistem parametresinin saf deniz, berrak okyanus ve kıyı sudaki ortamındaki dağıtımı M-li Tek Kutuplu Darbe Genlik Modülasyonu (M-UPAM) UVLC sistemlerini araştıracağız. Görüş Hattı (LOS) bağlantıları için toplam yol kaybı kanal birikimini doğruladıktan sonra, saç hücrelerinin bir reflektörle kanal kazancını fotodetektöre yansıtarak destekleyeceğini gözlemlemeye başlamasını sağlar. Literatürde, yansıtıcı destekli iletim tekniği, yalnızca daha yüksek elde edilen sinyal gücü için hem doğrudan hem dağınık ışınlar alındıktan sonra elde edilir. Bu nedenle, LOS bağlantısına ek olarak su transferi ve insan yapımı reflektörden, yansımadan elde edilebilir maksimum kanal kitlesi ile genel kanal varlığı arasında veya kayıtlı olarak kayıtlı Görüş Hattı Dışı (NLOS) kazancını çalıştırır. Ardından, bir akvaryumda yüzeyler olarak su yüzeyini ve aynayı kullanarak cildimizi parça olarak doğrulayacağız. Sonuçlarımız, yansımalar nedeniyle yaklaşık 3 dB'ye kadar elde edilebilir kazançların gözlemlenebileceğini ortaya koyuyor. Bu tezin son bölümünde, analitik ve detaylı olarak analiz ettiğimiz bir su altı iletişim konuşma senaryosunda güneş enerjisinin, ve UVLC konnektörlerinin performansının üzerindeki koşulları inceleyerek sağlanır. Çalışmamızda, güneş enerjisinin günün saatindeki ömrü, yılın gününe ve ışık spektrumuna dayalı olarak ortaya çıkan, kapsama göre iletişim kalitesi üzerinde yıkıcı bir etkisi olduğunu görüyoruz. Ayrıca, bu UVLC sisteminin çalışmasını optimize etmek için, sistem parametrelerini optimize etmek amacıyla maksimum sinyal oranlarını (SNR) elde etmek için gençleri önereceğiz.
