Görünür ışık haberleşmesinde gürültülerin gerçek zamanlı filtrelenmesi

Abstract

Bu tez çalışmasında, Görünür Işık Haberleşmesi (VLC) sistemi üzerinden iletilen sayısal verilerin gürültüden arındırılması amacıyla Raspberry Pi tabanlı bir sayısal Sonlu Darbe Tepkili (FIR) filtre tasarımı gerçekleştirilmiştir. Günümüzde radyo frekans (RF) bandının yoğun kullanımı nedeniyle alternatif haberleşme yöntemlerine duyulan ihtiyaç artmış; geniş bant yapısı ve elektromanyetik girişime karşı dayanıklı olması sayesinde VLC sistemleri önemli bir araştırma alanı hâline gelmiştir. Bu çalışmada, ışık yayan diyot (Light Emitting Diode, LED) tabanlı bir verici ve fotodiyot temelli bir alıcı devresi kullanılarak veri iletimi gerçekleştirilmiştir. Verici tarafında Arduino ile üretilen metin verisi sayısal sinyale dönüştürülerek LED üzerinden iletilmiştir. Alıcı devrede elde edilen sinyal, ortam ışığı, elektriksel parazitler ve fotodiyot kaynaklı gürültüler nedeniyle bozulmuş şekilde Raspberry Pi'ye aktarılmıştır. Geliştirilen devre tasarımında analog-sayısal dönüştürücü (ADC) ve sayısal-analog dönüştürücü (DAC) yapıları harici olarak gerçekleştirilmiştir. Bu kapsamda MCP3008 ADC ve MCP4725 DAC entegreleri kullanılarak bir arabirim devresi tasarlanmıştır. Python tabanlı bir yazılım ortamında 50 Hz ve 500 Hz kesim frekanslarına sahip FIR filtreler tasarlanmış ve bu filtreler kullanılarak düşük frekanslı sinyal bileşenlerinin başarıyla ayrıştırıldığı gözlemlenmiştir. Filtre çıkışı yeniden Arduino kartına iletilmiş ve başlangıçta gönderilen metin verisinin doğru şekilde geri elde edildiği doğrulanmıştır. Elde edilen sonuçlar, Raspberry Pi tabanlı sayısal filtreleme uygulamalarının VLC sistemlerinde güvenilir veri iletimine katkı sağlayabileceğini göstermektedir. Bu çalışma, düşük maliyetli ve modüler yapısıyla görünür ışık haberleşmesi alanında gerçekleştirilecek ileri çalışmalar için temel bir altyapı sunmaktadır.

In this thesis study, a Raspberry Pi-based digital Finite Impulse Response (FIR) filter was designed to remove noise from digital data transmitted through a Visible Light Communication (VLC) system. Due to the intensive use of the radio frequency (RF) spectrum in modern communication systems, the need for alternative communication technologies has increased. VLC systems have become an important research area owing to their wide bandwidth capacity and resistance to electromagnetic interference. In this study, data transmission was achieved using a Light Emitting Diode (LED)-based transmitter and a photodiode-based receiver circuit. On the transmitter side, text data generated by an Arduino platform were converted into digital signals and transmitted through the LED source. The received signal was transferred to the Raspberry Pi in a distorted form due to ambient light effects, electrical interference, and photodiode induced noise. In the developed circuit design, analog-to-digital converter (ADC) and digital-to-analog converter (DAC) structures were externally implemented.In this context, an interface circuit was designed using MCP3008 ADC and MCP4725 DAC integrated circuits. FIR filters with cutoff frequencies of 50 Hz and 500 Hz were designed in a Python-based software environment, and it was observed that low-frequency signal components were successfully separated using these filters. The filtered output signal was retransmitted to the Arduino platform, and the originally transmitted text data were successfully recovered. The obtained results demonstrate that Raspberry Pi-based digital filtering applications can contribute to reliable data transmission in VLC systems. With its low-cost and modular structure, this study provides a fundamental infrastructure for future studies in the field of visible light communication.