Görünür Işıklı Taşıt İletişimlerinde Işın Tiplerinin Etkisi

Abstract

Görünür Işıkla Haberleşme (VLC) sistemleri, özellikle düşük gecikme, yüksek güvenilirlik ve elektromanyetik uyumluluğun kritik olduğu araçlar arası iletişim (V2V) senaryolarında, geleneksel radyo frekansı (RF) tabanlı iletişime güçlü bir alternatif olarak öne çıkmaktadır. VLC performansını etkileyen birçok faktör arasında, optik ışık huzmesinin (beam) uzamsal yapısı, alınan sinyal gücünü ve kanal kalitesini doğrudan etkileyen önemli bir parametredir. Gaussian beam, iyi tanımlanmış yayılım özellikleri nedeniyle geleneksel olarak tercih edilse de, son araştırmalar halkasal (annular) beam gibi alternatif yapıların belirli koşullarda daha iyi performans gösterebileceğini ortaya koymaktadır. Bu çalışma, VLC sistemlerinde kullanılan farklı beam tiplerinin (Gaussian ve annular) zayıflama (path loss) üzerindeki etkilerini incelemektedir. Teorik modelleme ve MATLAB tabanlı simülasyonlara dayanan analizlerde, farklı iletim mesafeleri, alıcı açıklık yarıçapları ve çeşitli atmosferik koşullar (sisli, açık ve nemli hava) dikkate alınmıştır. Yapılan gözlemler, her iki beam yapısının da ışık yoğunluğunun uzaysal dağılımı ve ortam koşullarına tepkisi bakımından farklı özellikler sergilediğini ortaya koymaktadır. Elde edilen bulgular, beam profilinin sistem performansı üzerinde belirleyici bir etken olduğunu göstermektedir. Elde edilen bulgular, beam profilinin 'her duruma uygun' sabit bir seçim olmaktan ziyade, uygulamaya özel olarak belirlenmesi gerektiğini ortaya koymaktadır. Bu çalışma, beam tipinin path loss modellerine açık şekilde dahil edilmesini önererek ve dinamik beam şekillendirme (beam shaping) tekniklerine olan ihtiyacı vurgulayarak, daha uyarlanabilir ve dayanıklı VLC tabanlı haberleşme sistemlerinin geliştirilmesine katkı sunmaktadır. Nihayetinde, bu tez çalışması gelecekteki akıllı ulaşım sistemleri için daha verimli ve sağlam optik haberleşme kanallarının tasarımına destek sağlamaktadır.

Visible Light Communication (VLC) systems have emerged as a promising alternative to traditional radio frequency (RF) communication, particularly in vehicle-to-vehicle (V2V) scenarios where low latency, high reliability, and electromagnetic compatibility are crucial. Among the many factors affecting VLC performance, the spatial structure of the optical beam plays a critical role in determining the received signal strength and overall channel quality. While Gaussian beams are preferred in many applications due to their uniform propagation, recent research and studies have shown that other beam types, such as annular beams, can offer better performance in certain areas. This study examines the impact of Gaussian and annular beams on path loss in Visible Light systems, depending on several parameters. The analysis is based on theoretical and MATLAB simulations, considering different transmission distances, receiver aperture diameters, and various atmospheric conditions. The results demonstrate that Gaussian and annular beams exhibit different characteristics in terms of response to spatial changes and environmental factors. The findings emphasize that different beam types can be used according to specific conditions, rather than relying on a single beam selection. This thesis enables the creation of more applicable and robust systems. Ultimately, the study supports the design of more efficient and robust optical channels for future intelligent transportation systems.