Vehicular visible light communication physical layer design based on measurement based channel statistics
Başlık çevirisi mevcut değil.
- Tez No: 648188
- Danışmanlar: PROF. DR. SİNEM ÇÖLERİ ERGEN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2020
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Koç Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 49
Özet
Araç görünür ışık iletişiminin (V2LC) bağlı araçlar teknolojisinde daha yüksek güvenilirlik için radyo frekansı (RF) teknolojilerini tamamlaması beklenmektedir. Araçların yüksek hareket kabiliyeti doğrudan görüş hattı (LoS) ağırlıklı V2LC kanalını çok dinamik hale getirdiğinden, kanal istatistikleri bilgisine dayalı hız-optimal ve güvenilir bir V2LC sistemi gerçekleştirmek için adaptif bir fiziksel katman (PHY) tasarımı gereklidir. Bu tezde, ilk olarak, V2LC kanalının normalleştirilmiş kanal frekans cevabının (CFR) araçlar-arası mesafe, bağıl verici (TX) / alıcı (RX) zenit açısı ve ortam ışığından bağımsız olduğunu gösteren, gerçek araç-araç (V2V) iletişim verilerine dayanan bir V2LC kanal özelliği sunulmaktadır. İkincisi, Doğru Akıma Dayalı Optik Dikey Frekans Bölmeli Çoğullama (DCO-OFDM) için bu kanal özelliğine dayalı, kestirim doğruluğunu arttırmayı hedefleyen bir kör kanal kestirim (CE) algoritması sunulmaktadır. DCO-OFDM, gürbüz yapısı, yüksek spektral verimliliği ve semboller arası girişim (ISI) ile başa çıkma kabiliyeti nedeniyle otonom ve bağlı araç uygulamalarının yüksek hızda veri paylaşım gereksinimlerini karşılayan V2LC için güçlü bir adaydır. RF literatüründeki görünür ışıkla haberleşme (VLC) sistemleri için de uygulanabilir olan Dikey Frekans Bölmeli Çoğullama (OFDM) sistemlerine yönelik kör CE yöntemleri, daha yüksek karmaşıklık ve daha düşük CE doğruluğu pahasına, geleneksel pilot tabanlı CE yöntemlerinde pilot yükünü ortadan kaldırarak yüksek hızda iletişim sağlar. Öte yandan, VLC literatüründe OFDM sistemleri için kör CE ile ilgili bir çalışma yoktur. Biz ilk defa, V2LC kanalının normalleştirilmiş kanal frekans cevabının (CFR) araçlar-arası mesafe, göreceli TX / RX zenit açısı ve ortam ışığından bağımsız olduğunu gösteren, gerçek V2V iletişim verilerine dayanan kanal özelliklerinden yararlanan, CE doğruluğunu iyileştirmek amacıyla V2LC için yeni bir kör CE yöntemi öneriyoruz. Bu kanal karakteristiği daha sonra her alt taşıyıcıda kanal durumu bilgisinin (CSI) ayrı olarak tahmin edilmesi yerine sadece normalleştirme faktörünün değerini tahmin etmek için kör CE'de kullanılır. Farklı araç hızlarındaki kapsamlı simülasyonlar, önerilen yöntemin, pratik nedenlerden dolayı optimum bir kestiricinin bulunmaması nedeniyle 64-Dörtlü Genlik Modülasyonu (QAM) DCO-OFDM hariç, tüm modülasyon şemaları için hem ortalama veri hacminde hem de bit hata oranında (BER) pilot tabanlı CE yöntemlerinden daha iyi performans sergilediğini göstermektedir. Ayrıca, önerilen kör CE'nin gerçek zamanlı performansının, Simulation of Urban Mobility (SUMO) yazılımıyla oluşturulan gerçekçi araç hareketlilik senaryosu için, yüksek sinyal / gürültü oranı (SNR) seviyelerinde her bir modülasyon şemasının maksimum veri hacmine çok yakın olduğu gösterilmiştir. Üçüncüsü, geri besleme kanalına gerek duymayan, hız-optimal ve güvenilir V2LC sağlayan yeni bir düşük karmaşıklıklı, adaptif bir PHY tasarımı sunulmaktadır. Adaptif PHY tasarımları ile ilgili mevcut çalışmalar çoğunlukla düşük hareket kabiliyetine sahip iç mekan senaryolarını dikkate almıştır ve hem alınan SNR vericiye rapor etmek hem de kanal eşitlemesi için bir geri bildirim kanalı gerektirmektedir, bu da sistem karmaşıklığını arttırır ve ek yük getirir. Önerilen tasarım, hareketli V2LC kanalında statik olan SNR'ye göre BER daha önceden ölçümlerle raporlandırılmış ilişkisini kullanır. SNR, belirli bir TX / RX çifti ve belirli bir kanal için, SNR-mesafe ve polar ışın dağılım modellerinin daha önceden ölçümlerle raporlandırılmış ilişkisine dayanan bir yol kaybı modeli kullanılarak ve bu sayede TX ve RX araçlarının göreceli konumlarına dayalı olarak gerçek zamanlı tahmin edilir. Önerilen tasarım, Açma-Kapama-Anahtarlama (OOK), 4 - Darbe-Pozisyon Modülasyonu (4-PPM) ve DCO-OFDM kullanılarak gece deneyleri ile doğrulanmıştır. Önerilen konuma duyarlı adaptif PHY tasarımı, yol kaybı modelini farklı kanal şartları için ek ölçümlerle güncelleyerek genel bir güvenilir, hız-optimal V2LC kullanımı için genişletilebilir.
Özet (Çeviri)
Vehicular visible light communication (V2LC) is expected to complement radio frequency (RF) technologies for higher reliability in vehicular connectivity. Since high mobility makes the line-of-sight (LoS) V2LC channel very dynamic, an adaptive physical layer (PHY) design is necessary for realizing a rate-optimal and reliable V2LC system, based on the knowledge of the channel statistics. In this thesis, first, a V2LC channel feature is presented, based on the real vehicle-to-vehicle (V2V) communication data. The normalized channel frequency response (CFR) of the V2LC channel is demonstrated to be invariant of inter-vehicular distance, relative transmitter (TX)/receiver (RX) zenith angle and ambient light. Second, a blind channel estimation (CE) algorithm is presented for Direct Current-Biased Optical Orthogonal Frequency Division Multiplexing (DCO-OFDM) with the goal of improving the estimation accuracy based on the exploitation of the real data based channel characteristics. DCO-OFDM is a strong candidate for V2LC, meeting the high rate data sharing requirements of autonomous and connected vehicle applications, due to its robustness, high spectral efficiency and capability of dealing with inter-symbol interference (ISI). Blind CE methods for Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) systems in the RF literature, which are also applicable to visible light communication (VLC) systems, provide high rate communication by eliminating pilot overhead in conventional pilot based CE methods, at the cost of higher complexity and lower CE accuracy. On the other hand, in the VLC literature, there is no work regarding blind CE for OFDM systems. We propose a novel blind CE method for V2LC with the goal of improving the CE accuracy based on the exploitation of the real data based channel characteristics, indicating the normalized channel frequency response (CFR) of the V2LC channel is invariant of inter-vehicular distance, relative TX/RX zenith angle and ambient light based on the real V2V communication data. This channel characteristic is then exploited in the blind CE to estimate the value of only the normalization factor instead of the separate estimation of channel state information (CSI) at each subcarrier. Extensive simulations at different vehicle speeds show that the proposed method outperforms the pilot based CE methods in both the average throughput and bit error rate (BER) for all modulation schemes, excluding 64-Quadrature Amplitude Modulation (QAM) DCO-OFDM due to the unavailability of an optimal estimator for practical reasons. Moreover, the real-time performance of the proposed blind CE is demonstrated to be very close to the maximum throughput of each modulation scheme at high signal-to-noise ratio (SNR) levels, for the realistic vehicle mobility scenario extracted from Simulation of Urban Mobility (SUMO). Third, a novel low-complexity adaptive PHY design that provides rate-optimal and reliable V2LC without a feedback channel is presented. Existing studies on adaptive PHY designs have mostly considered indoor scenarios with low mobility and require a feedback channel for both reporting the received SNR to the transmitter and channel equalization, which increases system complexity and introduces overhead. The proposed design utilizes a priori measurements of the BER with respect to SNR, which are static for V2LC on the road. SNR is predicted in real-time based on the relative locations of the TX and RX vehicles using a path loss model based on a priori measurements of the SNR-distance relationship and the polar beam pattern for a given TX/RX pair. The proposed design is validated via night-time experiments with On-Off-Keying (OOK), 4-Pulse-Position Modulation (4-PPM) and DCO-OFDM. The proposed location-aware adaptive PHY design can be expanded for general reliable rate-optimal V2LC use by updating the path loss model with additional measurements for different settings.
Benzer Tezler
- Vehicular visible light communication channel modeling and performance analysis
Araç görünür ışık haberleşmesi kanal modellemesi ve performans analizleri
BUĞRA TURAN
Doktora
İngilizce
2021
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKoç ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SİNEM ÇÖLERİ
- Channel modeling for vehicular visible light communication
Araç görünür ışık iletişimi için kanal modelleme
HOSSIEN BADR HOSSIEN ELDEEB
Doktora
İngilizce
2021
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiÖzyeğin ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Prof. Dr. MURAT UYSAL
- Mobility management and resource allocation strategies for visible light communication networks
Görünür ışık haberleşme ağları için hareketlilik yönetimi ve kaynak atama stratejileri
MUHAMMET SELİM DEMİR
Doktora
İngilizce
2021
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiÖzyeğin ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MURAT UYSAL
- Performance evaluation and experimental verification of vehicular visible light communication
Araç görünür ışık haberleşmesinin performans değerlendirmesi ve deneysel doğrulaması
BASSAM ALY ABDELRAHMAN MOHAMED
Doktora
İngilizce
2022
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiÖzyeğin ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Prof. Dr. MURAT UYSAL
- Performance characterization of vehicular visible light communications
Başlık çevirisi yok
MEHDI KARBALAY GHAREH
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiÖzyeğin ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MURAT UYSAL