Visible light positioning under hardware impairments
Donanım hataları altında görünür ışık konumlandırma
- Tez No: 889918
- Danışmanlar: PROF. DR. SİNAN GEZİCİ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 76
Özet
Bu tezde, görünür ışık konumlandırma (GIK) alanındaki iki farklı araştırma problemini incelemekteyiz. Özel olarak, ışık yayan diyotlardaki (LED'lerdeki) ışık akısı bozulması hakkındaki bilgi eksikliğinin ve akıllı yansıtıcı yüzeylerin (AYY'lerin) elemanları için uyumsuz yönelimlerin GIK sistemlerinin performansı üzerindeki etkisini araştırmaktayız. Tezin ilk bölümünde LED'lerin ışık akısı bozulması durumunda, görünür ışık sistemleri için alınan güç ölçümlerine dayalı konum kestirim problemi incelenmektedir. Alıcı bu bozulmanın farkında olmadığında ve konum kestirimini buna göre yaptığında, gerçek model ile varsayılan model arasında bir uyumsuzluk söz konusudur. Bu senaryo için, yanlış belirlenmiş Cramér-Rao sınırı (YBCRAS) ve uyumsuz maksimum olabilirlik (UMO) kestiricisi, bu model uyumsuzluğundan kaynaklanan performans kaybını ölçmek için türetilmektedir. Ayrıca, Cramér-Rao alt sınırı (CRAS) ve maksimum olabilirlik (MO) kestiricisi, alıcının LED'lerin bozulma formülünü bildiği ancak bu formüldeki bozulma oranı parametresini bilmediği durumlarda türetilmektedir. Ek olarak, bozulma formülü ve bozulma hızı parametreleri hakkında tam bilgi mevcut olduğunda, elde edilebilecek en iyi performansı belirlemek için CRAS ve MO kestiricisi elde edilmektedir. Bu üç senaryodaki kuramsal alt limitleri ve kestiricileri değerlendirerek, LED bozulma modeli ve bozulma hızı parametreleri hakkındaki bilgilerin konum kestirim performansı üzerindeki etkilerini ortaya çıkarmaktayız. Model uyumsuzluğunun, yüksek sinyal-gürültü oranlarında konumlandırma performansında önemli bir bozulmaya yol açabileceği ve bu durumun, konum ve bozulma oranı parametrelerinin birlikte kestirilmesiyle telafi edilebileceği gösterilmektedir. Görüş hattı dışı (NLOS) senaryolarda görünür ışık sistemlerinde, genellikle ayarlanabilir yönelimlere sahip ayna dizileri biçiminde olan AYY'ler kullanılarak hassas konumlandırma gerçekleştirilebilmektedir. LED'lerden iletilen sinyaller AYY'lerden yansıtılıp bir alıcı tarafından toplandığında, LED'lerin ve AYY'lerin bilinen parametreleri kullanılarak güç ölçümlerine dayalı olarak alıcının konumu kestirilebilmektedir. AYY elemanlarının (aynaların) yönelim vektörleri pratikte mükemmel şekilde ayarlanamayacağından, AYY elemanlarının istenen ve gerçek yönelimleri arasındaki uyumsuzlukların etkilerinin değerlendirilmesi önemlidir. Bu amaçla tezin ikinci bölümünde, AYY yönelimlerindeki uyumsuzlukların varlığında kestirim performansını ve alt sınırı belirlemek için YBCRAS ve UMO kestiricisi türetilmektedir. Uyumsuzlukların etkilerini ölçmek için yönelim uyumsuzlukları olmadığında geleneksel MO kestiricisi ve CRAS ile karşılaştırmalar da sunulmaktadır. Yönelim uyumsuzluklarının, yüksek sinyal-gürültü oranlarında konumlandırma hassasiyetinde önemli bir bozulmaya neden olabileceği gösterilmektedir.
Özet (Çeviri)
In this thesis, we examine two distinct research problems in visible light positioning (VLP). Specifically, we explore the impact of lacking knowledge about luminous flux degradation in light-emitting diodes (LEDs) and mismatched orientations for the elements of intelligent reflecting surfaces (IRSs) on the performance of VLP systems. In the first part of the thesis, the position estimation problem based on received power measurements is investigated for visible light systems in the presence of luminous flux degradation of LEDs. When the receiver is unaware of this degradation and performs position estimation accordingly, there exists a mismatch between the true model and the assumed model. For this scenario, the misspecified Cramér-Rao bound (MCRB) and the mismatched maximum likelihood (MML) estimator are derived to quantify the performance loss due to this model mismatch. Also, the Cramér-Rao lower bound (CRB) and the maximum likelihood (ML) estimator are derived when the receiver knows the degradation formula for the LEDs but does not know the decay rate parameter in that formula. In addition, in the presence of full knowledge about the degradation formula and the decay rate parameters, the CRB and the ML estimator are obtained to specify the best achievable performance. By evaluating the theoretical limits and the estimators in these three scenarios, we reveal the effects of the information about the LED degradation model and the decay rate parameters on position estimation performance. It is shown that the model mismatch can result in significant degradation in localization performance at high signal-to-noise ratios, which can be compensated by conducting joint position and decay rate parameter estimation. Accurate localization can be performed in visible light systems in non-line-of-sight (NLOS) scenarios by utilizing IRSs, which are commonly in the form of mirror arrays with adjustable orientations. When signals transmitted from LEDs are reflected from IRSs and collected by a receiver, the position of the receiver can be estimated based on power measurements by utilizing the known parameters of the LEDs and IRSs. Since the orientation vectors of IRS elements (mirrors) cannot be adjusted perfectly in practice, it is important to evaluate the effects of mismatches between desired and true orientations of IRS elements. To this aim, in the second part of the thesis, we derive the MCRB and the MML estimator for specifying the estimation performance and the lower bound in the presence of mismatches in IRS orientations. We also provide comparisons with the conventional ML estimator and the CRB in absence of orientation mismatches for quantifying the effects of mismatches. It is shown that orientation mismatches can result in significant degradation in localization accuracy at high signal-to-noise ratios.
Benzer Tezler
- Optimal pulse design for visible light positioning under power and illumination constraints
Güç ve aydınlatma kısıtları altında görünür ışık konumlandırma için optimal sinyal tasarımı
ONURCAN YAZAR
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SİNAN GEZİCİ
- Visible light positioning systems: Fundamental limits, algorithms and resource allocation approaches
Görünür ışık konumlandırma sistemleri: Temel sınırlar, algoritmalar ve kaynak tahsisi yaklaşımları
MUSA FURKAN KESKİN
Doktora
İngilizce
2018
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SİNAN GEZİCİ
- GEOAKOM: A smart geocasting protocol for vehicular networks
GEOAKOM: Araç ağları için konuma göre akıllı yönlendirme yöntemi
EZGİ TETİK SAĞLAM
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SEMA FATMA OKTUĞ
- Development and application of a novel colorimetric blood calcium measurement method
Yeni bir kolorimetrik kan kalsiyum ölçüm yönteminin geliştirilmesi ve uygulanması
AMAD BADAL YOUNIS YOUNIS
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
BiyokimyaKaradeniz Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MURAT KÜÇÜK
