Wireless internet service providing for 5G with hybrid TV broadcast and visible light communications

Abstract

Visible light communications (VLC) is a future promising communication technology to be utilized in future 5G networks satisfying energy efficient outdoor and indoor communications with existing hardware components such as LED bulbs, TV screens and camera receivers. Existing outdoor VLC architectures have signi cant challenges in terms of data rate, robustness to outdoor channel and requirements of high power transmitter resources. In this thesis, a cellular outdoor VLC architecture is introduced by utilizing arrays of LED bulbs as transmitters and telescopic cameras as receivers. The proposed system promises high performance cellular uplink communication channel reaching hundreds of Kbps for the ranges of tens of kilometers. It exploits array transmitters consuming less than hundred Watts power consumption at each house and telescopes improving the communication range. Besides that, the proposed system architecture is combined with existing TV downlink radio frequency (RF) network architecture to realize internet service providing (ISP) system with low cost and low complexity system design. Networking architecture utilizes commercially available display screens at home for downlink data. Performance analysis and comparison of various next generation display technologies such as quantum dot (QD) and organic light emitting diode (OLED) based displays are performed in terms of response time, color gamut, spectral color output, contrast ratio and power consumption. VLC-RF hybrid architecture promises widespread utilization of ISP services in suburban areas with high reliability, low cost and energy e cient system design utilizing already available hardware platforms.

Gorünür ışıkla haberleşme potansiyel olarak 5G ağ yapIlarInda faydalanmak üzere, hem kapalı hem de açık ortamlarda enerji verimlililigi y uksek yapısı ve hali hazırda var olan LED aydınlatma, TV ekranları ve kamera alıcıları gibi donanınım komponentleri ile gelecek vaad etmektedir. Fakat varolan VLC mimarilerinin data hızlı, açık ortamdaki kanal dayanıklılığı ve yuksek güç iletici kaynakları anlamında gelismesi gereken noktalar vardır. Bu tez calışmamızda,verici tarafta LED lamba dizilerinden, alıcı tarafta teleskop kamera sisteminden faydalanılarak, açık ortam hücresel bir VLC mimarisi tanıtılmıştır. Önerilen sistem her bir ev icin 100 Watt güçten daha az güç tüketimi ile LED dizilerinden faydalanarak, y uzlerce Kbps hızlarda, onlarca kilometre menzilde yuksek performans hücresel uplink haberlesme kanalı sunmaktadır. Bunun yanında, önerilen sistem mimarisi düşük maliyet ve basit tasarımı ile internet sağlamak için varolan TV downlink RF ağ mimarisi ile birlestirilmistir. Ağ mimarisi downlink kısım icin ticari olarak hazır panel ekranlarından faydalanmıştır. Quantum dot (QD), organic light emitting diode (OLED) gibi gelecek nesil panel teknolojilerinin tepkime hızı, renk uzayı, spektral renk cıktılarına, kontrast ve güç tüketim performanslarına göre kıyaslama ve performans analizleri yapılmıştır. VLC ve RF melez mimarisi, hali hazırda mevcut bulunan donanm platformları ile yüksek güvenilirlik, düşük maliyet ve enerji verimliligini esas alan sistem tasarımı ile internet hizmeti sağlama servislerinin kırsal kesimlerde genis sekilde yayılmasını sağlamayı hedeflemektedir.