Search

In this study, next possible cell for a User Equipment is predicted for Network Data Analytics Function (NWDAF) by using Markov Chain with novel loop-based approach. At the beginning, it is assumed that the prediction made for next state of a User Equipment will be more meaningful with our novel approach. As a result of the study, the transition states between the most visited cell after the last cell where a User Equipment is located were extracted and it was observed that the reliability of the prediction made is improved, when a semantic was established between two cells with the loop-based Markov Chain approach. Bu çalışmada Markov Zinciri, yeni bir döngü tabanlı yaklaşımla Ağ Veri Analitiği Fonksiyonu (NWDAF) için kullanılarak bir Kullanıcı Ekipmanı için bir sonraki olası hücre ya da hücre dizisi tahmin edilmektedir. Başlangıçta, bu yeni yaklaşımımız ile kullanıcının bir sonraki durumu için tahmininin daha anlamlı olacağı varsayımı yapılmıştır. Çalışmanın sonucunda ise, bir Kullanıcı Ekipmanı’nın bulunduğu son hücreden sonra en çok ziyaret ettiği hücre arasındaki geçiş durumlarının çıkarımı yapılmış ve bu iki hücre arasında bir ilişki kurulduğunda yapılan tahminin güvenilirliğinin, döngü tabanlı Markov Zinciri yaklaşımıyla arttığı gözlemlenmiştir.

Akort, müzik aletlerinin çalındığında istenilen notayı vermesi için müzik aletlerinin ayarlanması işlemidir. Doğru notayı çalabilmek istenilen müziği elde edebilmek için önemli bir adımdır. Müzik aletlerinin akort edilebilmesi için çeşitli yöntemler bulunmaktadır. Bu çalışmada; gitar akort sisteminin oluşturulması, sanatçıların gitar ses kayıtları ile çalınan müziğin kıyaslanması ve gerçeklemesi ele alınmıştır. Donanım için Raspberry Pi, yazılım için Python programlama dili kullanılmıştır. Gerçekleştirilen sistemde, Raspberry Pi mikrofon ile kullanıcılardan alınan gitar seslerini okur ve verilen girdi yazılıma gönderilir. Uygulama ile kullanıcıdan alınan sesler yazı formatına dönüştürülerek sanatçılardan alınan gitar sesleri ile kıyaslanabilir hale gelmesi sağlanmaktadır. Yapılan kıyaslama ile kullanıcılar ve sanatçılar arasındaki nota farklılıkları gözlemlenebilir hale gelmiştir. Tuning is the process of musical instruments to give the desired note when played. Playing the right note is an important step in achieving the desired music. There are various methods for tuning musical instruments. In this study; creation of the guitar tuning system, comparison and implementation of the guitar sound recordings of the artists and the music played are discussed. Raspberry Pi is used for hardware and Python programming language is used for software. In the implemented system, Raspberry Pi reads the guitar sounds received from the users with a microphone and the given input is sent to the software. With this application, the sounds received from the user are converted into text format, making them comparable to the guitar sounds received from the artists. With the comparison, note differences between users and artists became observable.

Phase-locked loop (PLL) is a technique which has contributed significantly toward the technology advancement in communication. Phase and frequency synchronization problems have been present in electronic engineering since the first coherent modulation systems were developed. This paper gives basic details of PLL. It provides brief summary of the basic PLL principle applicable to control systems and digital communication. It also reports components of PLL and comparison among them. PLLs are responsible for recovering the correct time basis and synchronizing the processes. According to the application needs, different clock distribution strategies were developed, with the master-slave being the simplest and most used choice. PLL techniques is chosen for synchronization, since it is one of the most active synchronization techniques. This article contains Simulink of the MATLAB, simulation method and circuit design and mathematical solutions to synchronize PLL. Faz kilitli döngü (PLL), iletişimde teknolojinin ilerlemesine önemli ölçüde katkıda bulunan bir tekniktir. İlk uyumlu modülasyon sistemleri geliştirildiğinden beri elektronik mühendisliğinde faz ve frekans senkronizasyon sorunları mevcuttur. Bu makale, PLL'nin temel ayrıntılarını vermektedir. Kontrol sistemleri ve dijital iletişim için geçerli olan temel PLL ilkesinin kısa bir özetini sağlar. Ayrıca PLL bileşenlerini ve bunlar arasındaki karşılaştırmayı da bildirir. PLL'ler, doğru zaman esasını kurtarmaktan ve süreçleri senkronize etmekten sorumludur. Uygulama ihtiyaçlarına göre, master-slave en basit ve en çok kullanılan seçim olmak üzere farklı saat dağıtım stratejileri geliştirildi. Senkronizasyon için en aktif senkronizasyon tekniklerinden biri olduğu için PLL teknikleri seçilmiştir. Bu makale, MATLAB'ın Simulink'i, simulasyon yöntemi ve devre tasarımı ve PLL'yi senkronize etmek için matematiksel çözümler içermektedir.

Tez (Yüksek Lisans) -- İstanbul Ticaret Üniversitesi -- Kaynakça var. ÖZET Faz kilitli döngü (PLL), iletişimde teknolojinin ilerlemesine önemli ölçüde katkıda bulunan bir tekniktir. İlk uyumlu modülasyon sistemleri geliştirildiğinden beri elektronik mühendisliğinde faz ve frekans senkronizasyon sorunları mevcuttur. Bu çalışma, PLL'nin temel ayrıntılarını vermektedir. Kontrol sistemleri ve dijital iletişim için geçerli olan temel PLL ilkesinin kısa bir özetini sağlamaktadır. Ayrıca PLL bileşenlerini ve bunlar arasındaki karşılaştırmayı da bildirir. PLL'ler, doğru zaman esasını kurtarmaktan ve süreçleri senkronize etmekten sorumludur. Uygulama ihtiyaçlarına göre, master-slave ve ortak kaynak en basit ve en çok kullanılan seçim olmak üzere farklı saat dağıtım stratejileri geliştirildi. Senkronizasyon için en aktif senkronizasyon tekniklerinden biri olduğu için PLL teknikleri seçilmiştir. Bu çalışmada, MATLAB'ın Simulink'i, simulasyon yöntemi ve devre tasarımı ve PLL'yi senkronize etmek için matematiksel çözümler içermektedir. Anahtar Kelimeler: Faz/frekans dedektörü, faz kilitli döngü, şarj pompası faz kilitli döngü, voltaj kontrollü osilatör, XOR faz dedektörü. ABSTRACT Phase locked loop (PLL) is a technique that has contributed significantly to the advancement of technology in communication. Phase and frequency synchronization problems have existed in electronics engineering since the first coherent modulation systems were developed. This study gives the basic details of PLL. It provides a brief summary of the basic PLL principle applicable to control systems and digital communications. It also reports the PLL components and the comparison between them. PLLs are responsible for saving accurate time basis and synchronizing processes. According to the application needs, different clock distribution strategies were developed, with master-slave and common source being the simplest and most used choice. PLL techniques were chosen for synchronization as it is one of the most active synchronization techniques. This study includes MATLAB's Simulink, simulation method and circuit design, and mathematical solutions for synchronizing PLL. Keywords: Phase/frequency detector, charge pump, phase locked loop, voltage controlled oscillator, XOR phase detector. İÇİNDEKİLER İÇİNDEKİLER . i ÖZET . ii ABSTRACT . iii TEŞEKKÜR . iv ŞEKİLLER DİZİNİ . v ÇİZELGELER DİZİNİ . vii SEMBOLLER VE KISALTMALAR DİZİNİ . viii 1. GİRİŞ . 1 2. LİTERATÜR ÖZETİ. 2 3. FAZ KİLİTLİ DÖNGÜ (PLL) . 5 3. 1. Faz Dedektörü . 6 3. 1. 1. Faz-frekans dedektörü (PFD) . 8 3. 1. 2. Şarj pompası faz kilitli döngü . 11 3. 2. XOR Faz Dedektörü . 15 3. 3. Alçak Geçirgen Döngü Filtresi . 17 3. 3. 1. Pasif Döngü Filtresi . 18 3. 3. 2. Aktif döngü filtresi . 19 3. 4. Voltaj Kontrollü Osilatör . 20 4. FAZ KİLİTLİ DÖNGÜ MATLAB-SİMULİNK UYGULAMASI . 23 4. 1. XOR Faz Dedektörü ile PLL Uygulaması . 23 4. 2. Faz/Frekans Dedektörü ve Şarj Pompası ile PLL Uygulaması . 25 5. FAZ KİLİTLİ DÖNGÜ SENKRONİZASYONU . 27 5. 1. Master-Slave Senkronizasyonu . 29 5. 1. 1. XOR faz dedektörü ve master –slave uygulaması . 30 5. 1. 2. Faz/Frekans dedektörü ve şarj pompası master –slave uygulaması. 31 5. 2. Giriş Sinyalinin Ortak Kaynak Paylaşımı Senkronizasyonu . 33 5. 2. 1. XOR faz dedektörü ve ortak kaynak paylaşımı senkronizasyonu . 33 5. 2. 2. Faz/Frekans dedektörü ve ortak kaynak senkronizasyonu . 35 6. SES KAYDI İLE FAZ SENKRONİZASYONU UYGULAMASI . 38 6. 1. MATLAB Kodu ile Ses Kaydı Oluşturulması . 38 6. 2. MATLAB Sonuçlarını Simulink Projesine Aktarma. 39 6. 3. Ses Kaydı ile Simulink Master-slave PLL Uygulaması. 39 6. 3. 1. XOR pll ve master-slave uygulaması. 39 6. 3. 2. PFD PLL ve Master-slave pll uygulaması . 42 6. 4. Ses Kaydı ile Simulink Ortak Kaynak Paylaşımı PLL Uygulaması . 43 6. 4. 1. XOR pll ve ortak kaynak paylaşımı uygulaması . 44 6. 4. 2. PFD pll ve ortak kaynak paylaşımı uygulaması . 45 7. SONUÇLAR VE ÖNERİLER . 49 KAYNAKLAR . 51 EKLER… . 55 ÖZGEÇMİŞ . 56

Rastgele sayılar şifreleme, bilgisayar benzetimi, rastgele tasarım gibi birçok alanda kullanılmaktadır. Rastgele sayılar herhangi bir öngörülebilirlik içermeyen rastgele süreçlerden elde edilir. Rastgeleliğin yetersizliği tüm sistemin güvenliğini etkileye bilir. Bu yüzden rastgele sayıların tahmin edilememesi gerekir. Rastgele sayılar oluşturmanın birçok farklı yolu vardır. Rastgele sayıların en önemli özelliği ise bağımsız olmasıdır, böyle olması ardışık sayılar arasında hiçbir ilişki kurulmamasına neden olur. Bu çalışmada Tausworthe denklemine dayanan ayrık zamanlı rastgele sayı üreteci tasarlanmıştır. Tasarımda geri beslemeli kaydırmalı yazmaçlar kullanılmıştır. Tasarım Xilinx yazılımı kullanılarak Verilog donanım tanımlama dili ile gerçeklenmiştir. Önerilen yöntemle üretilen bit dizilerinin rastgeleliğini belirlemek için FIPS test kümesi kullanılmış ve diziler bu testlerden başarıyla geçmiştir. Random numbers are used in many fields such as encryption, computer simulation, random design. Random numbers are derived from random processes that do not involve any predictability. The lack of randomness can affect the security of the entire system. Therefore, random numbers should not be predictable. There are many different ways to generate random numbers. The most important feature of random numbers is that they are independent, which causes no relationship to be established between consecutive numbers. In this study, feedback shift registers are used in the lunar design based on the Tausworthe equation. The design was implemented with Verilog hardware description language using Xilinx software. FIPS test set was used to determine the randomness of the bit strings produced by the proposed method and the strings passed these tests successfully time random number generator is designed.

Tez (Yüksek Lisans) -- İstanbul Ticaret Üniversitesi -- Kaynakça var. ÖZET LPWAN teknolojilerinin güç gereksinimlerinin düşük oluşu, ölçeklenebilirlik özelliği, kapsama alanının genişliği, uzun menzil iletim kapasiteleri gibi unsurlar değerlendirildiğinde IoT uygulamalarındaki kullanım oranları gün geçtikçe artmaktadır. Bu tez çalışmasında Eyüpsultan ilçesi sınırları içerisinde yer alan bir sitede LPWAN çatısı altında bulunan NB-IoT ve LoRa teknolojilerinin performansı değerlendirilmektedir. Çalışmanın ana amacı her iki teknolojinin de bahsi geçen site içerisinde yer alan su ve gaz sayaçlarının bulunduğu alanlarda nasıl bir performans göstereceğinin belirlenmesidir. LoRa testleri koridorlarda bulunan gaz sayaçlarının üzerinde gerçekleştirilirken; NB-IoT testlerinde ise metal kapak ardındaki sayaç şaftları üzerinde gözlemler yapılmıştır. Katlarda LoRa testlerinde RSSI ve SF; NB-IoT’de ise RSSI değerleri kaydedilmiştir. Analizler LoRa için 14; NB-IoT için 16 paket üzerinde yapılmıştır. Sonuçlar gönderilen 30 paketin de baz istasyonlarına kayıpsız bir şekilde ulaştığını gösterirken senkronizasyon problemi yaşandığı da gözlemlenmiştir. Anahtar Kelimeler: LoRa, LoRaWAN, LPWAN, NB-IoT. ABSTRACT Considering factors such as low power requirements of LPWAN technologies, scalability capability, wide coverage areas, and long range transmission capacities, usage rates in IoT applications are increasing day by day. In this thesis, the performance of NB-IoT and LoRa technologies under the roof of LPWAN in a site located within the borders of Eyüpsultan district is evaluated. The main purpose of the study is to determine how both technologies will perform in the areas where the water and gas meters are located within the mentioned site. While LoRa tests are carried out on the gas meters in the corridors; In the NB-IoT tests, observations were made on the counter shafts behind the metal cover. RSSI and SF in LoRa tests on floors; RSSI values are recorded in NB-IoT. Analyzes 14 for LoRa; It is made on 16 packages for NB-IoT. While the results show that all 30 packets sent to the base stations without any loss, it was also observed that there was a synchronization problem. Keywords: LoRa, LoRaWAN, LPWAN, NB-IoT İÇİNDEKİLER İÇİNDEKİLER . i ÖZET . ii ABSTRACT . iii TEŞEKKÜR . iv ŞEKİLLER DİZİNİ . v ÇİZELGELER DİZİNİ . viii SİMGELER VE KISALTMALAR DİZİNİ . ix 1. GİRİŞ. 1 2. LİTERATÜR ÖZETİ . 4 3. TEORİ . 18 3. 1. LPWAN Teknolojilerine Genel Bir Bakış . 18 3. 2. LoRa ve LoRaWAN’a Genel Bir Bakış. 23 3. 2. 1. LoRa yayılma faktörü (SF) ve Shannon-Hartley teoremi . 23 3. 2. 2. LoRa ve LoRaWAN . 25 3. 2. 3. IoT faktörleri çerçevesinde LoRaWAN . 26 3. 2. 4. LoRa teknik özellikleri . 29 3. 2. 5. Dünya geneli LoRaWAN kullanımı . 31 3. 3. NB-IoT’ye Genel Bir Bakış . 32 3. 3. 1. NB-IoT çalışma modları . 34 3. 3. 2. NB-IoT pil ömrünü etkileyen PSM ve eDRX faktörleri . 35 3. 3. 3. NB-IoT ağ mimarisi . 38 3. 3. 4. NB-IoT iletim şemaları . 39 3. 3. 4. 1. Aşağı bağlantı iletim şeması . 40 3. 3. 4. 2. Yukarı bağlantı iletim şeması . 42 4. ARAŞTIRMA BULGULARI VE TARTIŞMA . 44 4. 1. Testlerin Gerçekleştirildiği Pilot Bölge . 44 4. 2. NB-IoT Testi ve Analiz Sonuçları . 47 4. 3. LoRa Testi ve Analiz Sonuçları . 54 5. SONUÇ VE ÖNERİLER . 63 5. 1. Veri İletimlerinde Eşzamanlılık. 63 5. 2. Paket Kayıp Oranları . 64 5. 3. Alınan Sinyal Gücü Göstergesi (RSSI) . 64 5. 4. Yayılma Faktörü (SF). 67 5. 4. Teknoloji Seçimi . 68 KAYNAKLAR . 70 ÖZGEÇMİŞ . 73

Tez (Yüksek Lisans) -- İstanbul Ticaret Üniversitesi -- Kaynakça var. ÖZET Yüksek güvenlikli kişisel tanımlama giderek daha da önemli hale gelmektedir. Kimlik doğrulama için biyometrik imzalar kullanılmaktadır. Damar desenli kişisel doğrulama insan biyometrik imzalarından biridir. Damar desenli kişisel doğrulama güvenlik uygulamalarının yanında sağlık alanında da çok kullanılmaktadır. Damarların bulunmasını zorlaştıran durumlarda tedavide veya muayenede güçlükler yaşanmaktadır. Damarlarımızdaki kan kızılötesi ışınları diğer dokulardan daha fazla soğurduğu için damarlar daha kolay tespit edilir. Kimlik doğrulamanın güvenilirliğini arttırmak ve sağlık alanındaki dezavantajları gidermek için birçok damar görüntüleme tekniği geliştirilmiştir. Bu çalışmada görüntülere gri seviyeye dönüştürme, medyan filtre, histogram eşitleme ve adaptif histogram eşitleme yöntemleri uygulanmıştır. Görüntüler üzerinde denenen yöntemler MATLAB programı ile yapılmıştır. Ham görüntüye yöntemler uygulandıktan sonra damar tespiti yapılmıştır. Gelecek çalışmalarda görüntü işleme yapılan görüntülerin ham görüntünün alındığı bölgeye geri yansıtılması hedeflenmektedir. Anahtar Kelimeler: Damar tespiti, görüntü işleme, kızılötesi damar görüntüleme. ABSTRACT High security personal identification is becoming increasingly important. Biometric signatures are used for authentication. Vein patterned personal verification is one of the human biometric signatures. Vein patterned personal verification is used a lot in healthcare as well as security applications. In situations that make it difficult to find the veins, there are difficulties in treatment or examination. Since the blood infrared rays in our veins absorb more than other tissues, the veins are detected more easier. Several vein imaging techniques have been developed to increase the reliability of authentication and to eliminate the disadvantages in the field of medicine. In this study, grayscale, median filter, histogram equalization, and adaptive histogram equalization methods were applied on images. The methods tested on the images were implemented with the MATLAB program. After methods were applied to the raw image, vein detection was performed. In future studies, it is aimed to reflect the image processed to the region where the raw image is taken. Keywords: Vein detection, image processing, infrared vein viewing. İÇİNDEKİLER İÇİNDEKİLER . i ÖZET . ii ABSTRACT . iii TEŞEKKÜR . iv ŞEKİLLER . v ÇİZELGELER. vi SİMGELER VE KISALTMALAR . vii 1. GİRİŞ. 1 2. LİTERATÜR ÖZETİ . 4 3. BİYOMETRİK İZLER . 7 3. 1. Parmak İzi . 7 3. 2. Yüz Tanıma . 8 3. 3. İris Tanıma. 9 3. 4. Damar İzi Tanıma . 10 4. BİYOMETRİK SİSTEM . 12 4. 1. Biyometrinin Seçilmesi . 12 4. 2. Biyometrik Sistem Kabulü . 12 4. 3. Biyometrik Sistemlerin Güvenliği ve Toplumsal Durumu . 13 4. 4. Biyometrik Sistem Mimarisi . 13 4. 4. 1. Biyometrik izin elde edilmesi . 15 4. 4. 2. Görüntünün işlenmesi . 15 4. 4. 3. Özelliklerin çıkarılması . 15 4. 4. 4. Biyometrik karşılaştırma . 15 4. 5. Biyometrik Sistemin Performansı . 16 5. YÖNTEMLER . 17 5. 1. Gri Seviyeye Dönüştürme . 17 5. 2. Medyan Filtreleme . 20 5. 3. Histogram Eşitleme . 23 5. 3. 1. Adaptif histogram eşitleme . 25 6. SONUÇLAR . 27 KAYNAKLAR . 32 ÖZGEÇMİŞ . 35

Tez (Yüksek Lisans) -- İstanbul Ticaret Üniversitesi -- Kaynakça var. ÖZET Rastgele sayılar şifreleme, bilgisayar benzetimi, rastgele tasarım gibi birçok alanda kullanılmaktadır. Rastgele sayılar herhangi bir öngörülebilirlik içermeyen rastgele süreçlerden elde edilir. Rastgeleliğin yetersizliği tüm sistemin güvenliğini etkileye bilir. Bu yüzden rastgele sayıların tahmin edilememesi gerekir. Bu çalışmada ayrık zamanlı rastgele sayı üreteci tasarlanmış ve FPGA ile gerçeklenmiştir. Alanda Programlanabilir Kapı dizisi tasarımcının ihtiyaç duyduğu mantık işlevlerini gerçekleştirme maksatlı üretilmiştir. Bu yöntemle üretilen bit dizilerinin rastgeleliğini belirlemek için FIPS test kümesi kullanılmış ve diziler bu testlerden başarıyla geçmiştir. Tasarım Xilinx yazılımı kullanılarak Verilog programlama dili ile yapılmıştır. Anahtar Kelimeler: Alanda programlanabilir kapı dizileri, geribeslemeli kaydırmalı yazmaç, rastgele sayı üreteci, Tausworthe yöntemi, Verilog. ABSTRACT Random numbers are used in many fields such as encryption, computer simulation, random design. Random numbers are derived from random processes that cannot contain any predictability. The inadequacy of randomness may affect the security of the entire system. Therefore, the random numbers should not be predicted. In this study, a discrete time random number generator was designed and implemented with FPGA. Field Programmable Gate array (FPGA) has been produced to perform the logic functions required by the designer. FIPS test set was used to determine the randomness of the bit strings produced by this method, and the strings passed these tests successfully. The design was made with Verilog programming language using Xilinx software. Keywords: Feedback shift register, field programmable gate array (FPGA), random number generator (RNG), Tausworthe method , Verilog. İÇİNDEKİLER İÇİNDEKİLER . i ÖZET . iii ABSTRACT . iv TEŞEKKÜR . v ŞEKİLLER DİZİNİ . vi ÇİZELGELER DİZİNİ . vii SİMGELER VE KISALTMALAR DİZİNİ . viii 1. GİRİŞ. 1 2. LİTERATÜR ÖZETİ . 3 2. 1. Rastgele Sayı Üretecleri . 3 2. 1. 1. Rastgele sayı üreteçlerinin özellikleri . 4 2. 1. 2. Rastgele sayı üreteçlerinin sınıflandırılması . 5 2. 1. 2. 1. Sözde rastgele sayı üreteci . 5 2. 1. 2. 1. 1. Zayıf sözde rastgele sayı . 7 2. 1. 2. 1. 2. Güçlü sözde rastgele sayı . 7 2. 1. 2. 2. Gerçek rastgele sayı rreteci . 7 2. 1. 2. 3 Hibrid rastgele sayı üreteci . 9 2. 1. 2. 4. Basit rastgele sayı üreteci . 9 2. 1. 2. 5 Güvenilir rastgele sayı üreteci . 10 2. 1. 3. Rastgele sayı üreteçlerinin gelişimi . 10 2. 1. 4. Rastgele sayıların kullanım alanları . 11 2. 1. 5. Rastgele sayı üreteçleri için istatistiksel testler . 13 2. 1. 5. 1 FIPS testi . 13 2. 1. 5. 1. 1 Monobit testi . 14 2. 1. 5. 1. 2 Poker testi . 14 2. 1. 5. 1. 3. Uzun koşu testi . 14 2. 1. 5. 1. 4. Koşu testi . 14 2. 1. 6. NIST testi . 15 2. 1. 7. AIS31 testi . 16 2. 1. 8. Diehard testi . 16 2. 1. 9. Rastgele sayı üreteclerinin gerçekleme yöntemleri . 16 2. 1. 9. 1. Doğrusal eşzamanlı oluşturucu . 17 2. 1. 9. 2. Orta kare yöntemi . 17 2. 1. 9. 3. Mersenne Twister yöntemi . 17 2. 1. 9. 4. Monte Carlo yöntemi. 18 2. 1. 9. 5 Tausworthe yöntemi . 18 2. 2. Donanım Tanımlama Dilleri . 18 2. 2. 1. FPGA programlama . 19 2. 2. 1. 1. Şematik tasarım . 19 2. 2. 1. 2. VHD dili . 20 2. 2. 1. 3. Verilog dili . 21 2. 2. 2 Verilog dilinin özellikleri . 21 2. 3. Alanda Programlanabilir Kapı Dizileri . 23 2. 3. 1. FPGA’ın yapısı . 27 2. 3. 1. 1. Progranabilir lojik bloklar . 28 2. 3. 1. 2. Programlanabilir ara bağlantılar . 28 2. 3. 1. 3. Programlanabilir giriş/ çıkış blokları . 28 2. 3. 1. 4. Programlanabilir alıcı/ verici bloklar . 28 2. 3. 2. FPGA uygulama alanları . 29 2. 3. 3. FPGA sınıflandırmaları . 31 2. 3. 3. 1. Programlanabilir mantık blokları olarak sınıflandırması . 31 2. 3. 3. 2. Ara bağlantı yapısı sınıflandırması . 31 2. 3. 4. FPGA’nın programlama özellikleri . 32 2. 3. 4. 1. Tek seferlik programlama . 32 2. 3. 4. 2. Yeniden programlama . 33 3. TAUSWORTHE YÖNTEMİ . 34 3. 1. LFSR ile Yapılan Çalışmalar . 36 4. ARAŞTIRMA BULGULARI VE TARTIŞMA . 39 5. SONUÇ VE ÖNERİLER . 62 KAYNAKLAR . 64 ÖZGEÇMİŞ . 70

LPWAN teknolojilerinin düşük güç gereksinimleri, uzun menzile iletim yetenekleri, ölçeklenebilirlikleri, geniş alan kapsayıcılıkları gibi parametreler değerlendirildiğinde IoT uygulamalarındaki kullanımları günbegün artmaktadır. Bu çalışmada İstanbul’un Eyüpsultan ilçesinde bir sitede LoRa ve NB-IoT teknolojilerinin performansı değerlendirilmektedir. LoRa testleri koridorlarda bulunan gaz sayaçlarının üzerinde gerçekleştirilirken; NB-IoT testlerinde ise metal kapak ardındaki sayaç şaftları içerisinde gözlemler yapılmıştır. Katlarda LoRa testlerinde RSSI ve SF; NBIoT’de ise RSSI değerleri kaydedilmiştir. Analizler LoRa için 14; NB-IoT için 16 paket üzerinde yapılmıştır. Sonuçlar gönderilen 30 paketin baz istasyonlarına kayıpsız bir şekilde ulaştığını gösterirken sinyal kalitesinin belirli noktalarda ideal aralıkta bulunmadığı gözlemlenmiştir. Bu şartlarda kurulum yapıldığı takdirde paket kayıplarının yaşanacağı öngörülmektedir. Ancak daha iyi bir gözlem için daha fazla paket üzerinde testler yapılmasının gerekliliği de belirtilmelidir. Considering the parameters such as low power requirements, longrange transmission capabilities, scalability, and inclusiveness of LPWAN technologies, their use in IoT applications is increasing. In this study, the performance of LoRa and NB-IoT on a site in Eyupsultan district of Istanbul is evaluated. While LoRa tests are carried out on the gas meters in the corridors; In the NB-IoT tests, observations were made inside the meter shafts behind the metal cover. RSSI and SF in LoRa; In NB-IoT, RSSI values are recorded. 14 for analyzes LoRa; Made on 16 packages for NB-IoT. While the results showed that the 30 packets sent reached the base stations, it was observed that the signal quality was not ideal at certain points. It is predicted that the packages will be lost when installed under these conditions. However, it should be noted that tests on more packages are necessary for a better observation.

Tez (Yüksek Lisans) -- İstanbul Ticaret Üniversitesi -- Kaynakça var. ÖZET Global Positionıng System (GPS), günlük hayatımızın birçok alanında geniş uygulama alanı bulmuştur. Ancak sinyalin çok zayıf olması nedeniyle sinyal bozma veya sızdırma gibi harici saldırılara karşı savunmasızdır. Sıkışma, GPS'in konum sinyallerini almasını engelleyerek işlevsiz hale getiren bir tekniktir. Dolandırıcılık sinyali bozarak GPS alıcısının yanlış veri almasına neden olur. Bu çalışmada, elektronik sıkışma yöntemleri olarak adlandırılan özel karıştırıcılar analiz edilmiş ve özel olarak karıştırılmıştır. Elektronik karıştırma, sinyal bozucuların bir düşmanın radarına müdahale eden sinyaller yaydığı ve alıcıyı yüksek yoğunluklu enerji sinyalleri ile bloke ettiği bir elektronik savaş türüdür. İki ana teknik stil gürültü teknikleri ve tekrarlayıcı tekniklerdir. Gürültü teknikleri, Radarı bozan tekniklerdir ve tekrarlama teknikleri, GPS Sinyallerindeki sahtekarlığa benzer şekilde yanlış veri gönderir. Dört tür gürültü sıkışması, Spot Sıkışması (SS), Sweep Sıkışması (SWS), Pulse Sıkışması (PS), and Barrage Sıkışması (BS). Bu çalışmanın toplam üç aşaması vardır. İlk aşama, hangisinin GPS alıcısı üzerinde en çok parazitleme etkisine sahip olduğunu gözlemlemek için aralarında bir karşılaştırma yapmak ve çalışmaktı. İkinci aşama, GPS sinyalini etkileyen sinyal bozucu tipini doğru bir şekilde tanımlayabilmekti, böylece sinyalin güvenliğini sağlamak için uygun savunma önlemleri uygulanabilir. Son aşama, GPS Sinyali sıkışmasının etkisine karşı koymak için uygun bir yöntem tasarlamakla ilgilidir. Turbo kodları pratik olarak uygulanabilir yüksek performanslı kodlardır, bu nedenle çalışmamızdaki sıkışma etkisine karşı koymak için seçilmiştir. Tüm sinyaller ve üzerlerindeki işlemler Matlab üzerinden yapılır. Anahtar kelimeler: Barrage sıkışması (BK), bit hata oranları (BHO), elektronik karıştırıcı (EK), Global positioning system (GPS), pulse sıkışması (PK), spot sıkışması (SK), sweep sıkışması (SWS), turbo kodu ABSTRACT Global Positioning System (GPS) has found wide application in many areas of our daily life. However, it has a very week signal making it vulnerable to external attacks like jamming or spooffıng. Jamming is a technique that blocks the GPS from receiving location signals making it nonfunctional. Whereas spooffıng corrupts the signal, making the GPS receiver receive false data. In this work jamming is analyzed and speciffıc jammers called Electronic Jamming methods. Electronic jamming is a form of electronic warfare where jammers radiate interfering signals toward an enemy's radar, blocking the receiver with highly concentrated energy signals. The two main technique styles are noise techniques and repeater techniques. Noise techniques are the ones that jamme the Radar and repeater techniques send false data, similar to spooffng in GPS Signals. The four types of noise jamming are Spot Jamming (SJ), Sweep Jamming (SWJ), Pulse Jamming (PJ) and Barrage Noise Jamming (BNJ). This study has three phases in total. The fırst phase was to study and do a comparison between them to observe which of them has the most jamming effect on the GPS receiver. The second phase was to properly be able to identify the type of jammer affecting the GPS signal so that proper defensive measures can be applied. This was achieved by measuring the power of the signal in order to achieve a threshold/interval to be able to identify the type of jammer. The last phase is about devising a method suitable to counter the effect of GPS Signal jamming. Lastly since Turbo codes are practically implementable high performance codes, they are chosen to counter the jamming effect in our work. All the signals and the operations on them are done through Matlab. Keywords: Barrage noise jamming (BNJ), bit error rate (BER), electronic jammers, Global positioning system (GPS), pulse jamming (PJ), spot jamming (SJ), sweep jamming (SWJ), turbo code İÇİNDEKİLER İÇİNDEKİLER . i ÖZET . iii ABSTRACT . iv TEŞEKKÜR . v ŞEKİLLER . vi ÇİZELGELER. vii SİMGELER VE KISALTMALAR . viii 1. GİRİŞ. 1 1. 1. Motivasyon . 1 1. 2. Amaç. 1 1. 3. Yapı . 2 2. LİTERATÜR ÖZETİ . 3 2. 1. GPS'e Genel Bakıs . 3 2. 2. GPS Bölümleri . 4 2. 2. 1. Uzay segmenti . 4 2. 2. 2. Kontrol segmenti. 5 2. 2. 3. Kullanıcı segmenti . 5 2. 3. GPS: Türleri . 6 2. 4. GPS: Temel fikir . 6 3. ELEKTRONİK KARIŞTIRICILAR . 7 3. 1. Radyo Karıştırıcılarına Giriş . 7 3. 2. Elektronik Karıştırıcı Türleri . 8 3. 2. 1. Pulse sıkışması . 8 3. 2. 2. Spot sıkışması . 8 3. 2. 3. Barrage sıkışması . 9 3. 2. 4. Sweep sıkışması . 9 4. GPS SİNYALİ YAPISI . 11 4. 1. GPS Sinyali . 11 4. 2. GPS Sinyal Şeması . 12 4. 3. Sistem Modeli . 15 4. 4. Simulink . 16 5. ELEKTRONİK KARIŞTIRICILARIN ETKİSİ . 18 5. 1. Sıkışma Sonuçları . 18 5. 1. 1. Pulse sıkışması sonuçları . 18 5. 1. 2. Spot sıkışması sonuçları . 19 5. 1. 3. Barrage sıkışması sonuçları . 20 5. 1. 4. Sweep sıkışması sonuçları . 20 5. 2. Karşılaştırmalı Analiz . 22 6. EK TESPİTİ VE TANIMLANMASI . 23 6. 1. Sıkışma Aralıkları . 24 6. 1. 1. GPS sinyali . 24 6. 1. 2. Sweep sıkışması . 24 6. 1. 3. Barrage sıkışması . 26 6. 1. 4. Pulse sıkışması . 26 6. 1. 5. Spot sıkışması . 26 6. 2. Karşılaştırmalı Analiz . 27 7. ANTİ-KARIŞTIRMA . 29 7. 1. Genel Bakış . 29 7. 2. Literatür İncelemesi . 29 7. 3. Önerilen Çözüm . 31 7. 4. Turbo Kodların Prensipleri . 32 7. 5. Turbo Kodlamanın Uygulanması . 34 8. SONUÇ VE ÖNERİLER . 36 KAYNAKLAR . 37 ÖZGEÇMİŞ . 40

Kanser; hücrelerin orantısız olarak çoğalması şeklinde tanımlanan, günümüzde dünya genelinde en yaygın görülen ve ölümle sonuçlanabilen ciddi bir hastalık grubudur. Dünya genelinde, kadınlarda en sık görülen ve mortalite oranı en yüksek olan kanser meme kanseri olarak ortaya çıkmaktadır. Dünya sağlık örgütünün 2018 yılı verilerine göre dünya genelindeki kadınlarda görülen kanserlerin %46,3 oranını meme kanseri oluşturmuş ve bunların %13'lük kısmı mortalite ile sonuçlanmıştır (WHO, 2019). Kadınlar için ciddi bir tehdit oluşturan meme kanserini yenmek için erken teşhisin önemi bilinen bir gerçektir. Kadınların düzenli olarak kendini muayene ve meme taraması yapmaları erken teşhis sürecinde önemli rol oynamaktadır. Teşhis ve tarama için bazı meme görüntüleme teknikleri geliştirilmiş ve klinikte bunların en yaygın kullanımı mamografi meme görüntüleme tekniği olarak ortaya çıkmıştır. Tüm bunların sonucu olarak, mamografi görüntülerinde kanser teşhisi ve görüntü geliştirme çalışmaları geçmişten günümüze önemini korumaktadır. Karmaşık mamografi görüntülerini nicel olarak yorumlamak, insan gözüyle neredeyse hiç algılanamayan yapısal özellikler sebebiyle oldukça zordur. Bu nedenle görüntülerin, segmentasyon veya yorumlamaya hazır hale getirilmesi için, gürültü giderme, kontrast geliştirme gibi ön işlemeye tabi tutulması gerekmektedir. Literatürde çoğunlukla bu ön işleme adımları uygulanmış ve bunun için çeşitli filtreleme teknikleri kullanılmıştır. Segmentasyon, gürültü temizleme ve kontrast iyileştirme için çoğunlukla tercih edilen yöntem morfolojik filtreleme yöntemidir. Bu tezde, meme görüntüsünde mikrokalsifikasyon, lezyon veya kitle gibi yapıların yorumunu kolaylaştırmak ve teşhis doğruluğunu arttırmak amacıyla kontrast geliştirme ve gürültü giderme için matematiksel morfolojik filtreleme yöntemi tercih edilmiştir. Biçim bilim olarak dilimize çevrilen morfolojik filtre, matematiksel olarak görüntülemede kenar ve iskelet gibi bölgesel şekillerin görüntü bileşenlerini elde etmek için kullanılan teknikleri tanımlamaktadır. Bu teknikler; aşındırma, genişletme, açma, kapama ve morfolojik iskeletler gibi operatörleri kapsamaktadır (Gonzalez ve Woods, 2002, s. 519). Morfolojik filtre; paralel ve basit şekilde uygulanabilmesi, sinyallerin geometrik özellikleri üzerinde konumsal ve doğrusal olmayan şekilde çalışabilmesi, nesne kenarını ve şeklini kenar keskinliğini koruyarak hatta doğrusal uzaysal filtreleme esaslı işleme durumunda olduğu gibi kenar pozisyonunu değiştirmeden koruma kabiliyetine sahip olması açısından oldukça avantajlıdır ve bu nedenle literatürde sıklıkla tercih edilmiştir (Chen ve diğ, 1997). Morfolojik filtre, mamografide kitlenin biçimsel özelliklerini çıkarmak için kullanılan temel filtrelerden biri haline gelmiştir. Literatürde; segmentasyon, gürültü giderme, kontrast geliştirme, mikrokalsifikasyon boyut ve konum tespiti, meme hattı ve pektoral kas çıkarma gibi birçok amaç uğruna kullanılmıştır. Mikrokalsifikasyon kitle tespiti adına yapılan ve öne çıkan çalışmalardan birinde Dengler ve ekibi, gürültü giderme ve mikrokalsifikasyonların boyut tespiti için ağırlıklı fark Gauss filtresini, mikrokalsifikasyonların şeklinin üretilmesi için ise morfolojik filtreyi kullanmıştır (Dengler ve diğ, 1993). Kobatake ve ekibi ise, tümör tespiti için iris filtresini, gürültü bastırma ve mikrokalsifikasyon tespiti için ise morfolojik analiz yöntemini kullanmıştır (Kobatake ve diğ, 1993). Morfolojik filtre ayrıca, meme derisi hat segmentasyonu ve pektoral kas çıkarma için de tercih edilmiştir. Deri-hava ara yüzü tespitine yönelik çalışmada Mustra ve Grgic, kontrast geliştirme ve kenar algılama operatörlerini içeren yaklaşımlar sunmuştur. Çalışmada, kontrast geliştirme yöntemi olarak, uyarlanır histogram eşitleme yöntemi (Adaptive Histogram Equalization, AHE) ve kenar tanıma operatörleri; konum tespiti, gürültü filtreleme ve segmentasyon için ise matematiksel morfoloji kullanılmıştır (Mustra ve Grgic, 2013). Mamografi görüntülerinde, matematiksel morfolojik filtrelemenin bir diğer rolü kontrast geliştirmedir. Bu çalışmada da temel amaç olarak nitelendirilen kontrast geliştirme adına yapılan çalışmalardan birinde; Gunturu ve Sharma, modifiye edilmiş matematiksel morfoloji yöntemini kullanmıştır (Gunturu ve Sharma, 2010). Öne çıkan çalışmalardan bir diğerinde Kimori, kontrast geliştirmeye dair rotasyonel morfolojik filtreleme adı verilen matematiksel morfolojiye dayanan bir tür yöntem kullanmıştır (Kimori, 2013). Yang ve ekibi mikrokalsifikasyonları tespit etmek için bir yöntem önermişler ve ön işleme adımında kontrast geliştirmek için matematiksel morfoloji ve doğrusal olmayan bir dönüşüm kullanmıştır (Yang ve diğ, 2016). Literatürde öne çıkan yöntemlerde görüldüğü üzere, farklı amaçlar için kullanılan ve başarısı kanıtlanan matematiksel morfolojik filtre bu çalışmada gürültü temizleme ve kontrast geliştirme amacıyla kullanılmış ve yöntemin başarısı matematiksel ve öznel olarak kanıtlanmıştır. Bu tezde, klasik morfolojik filtreleme yöntemlerinin aksine Peters'in gürültü filtreleme amacıyla önerdiği ve başarısını görsel ve matematiksel olarak çalışmasında kanıtladığı matematiksel morfoloji algoritması temel alınmıştır (Peters, 1995). Yapılan birçok çalışmanın aksine bu çalışmada sonuçlar uzman radyolog tarafından yorumlanmıştır. Önerilen çalışmanın etkisini görmek için literatürde kontrast geliştirme ve gürültü giderme için yaygın olarak kullanılmış dört kıyas filtresi seçilmiştir. Bu filtreler; CLAHE filtresi, BEASF filtreleme, homomorfik filtreme ve bulanık maskeleme filtresi yöntemleridir. Orijinal görüntü ile beraber kıyas filtrelerinin görüntü sonuçları ve önerilen filtrenin görüntü sonuçları uzman radyolog tarafından karşılaştırmalı olarak yorumlanmış ve önerilen yöntemin kıyas filtrelerinden daha başarılı olduğu ispatlanmıştır. Uzman radyoloğa göre, BEASF ve homomorfik filtreleme yöntemlerinin kontrast çözünürlüğünü gereğinden fazla arttırarak lezyonları parlattığı ve tanıyı zorlaştırdığı gözlenmiştir. CLAHE ve bulanık maskeleme filtrelerinin ise kontrast çözünürlüğünü gerekli ölçüde arttırdığı ancak uzaysal çözünürlüğü azaltarak tanıyı negatif yönde etkilediği gözlenmiştir. Yalnızca matematiksel morfolojik filtrenin kontrast ve uzaysal çözünürlüğü istenilen ölçüde arttırdığı, mikrokalsifikasyon ve lezyonlarının seçiciliğini olumlu yönde etkilediği sonucuna varılmıştır. Yöntemin tek dezavantajı ise yağ lobullerinin görünürlüğünü de arttırmasıdır ancak bunun teşhise negatif etkisi yoktur. Yöntemin öznel ispatının yanında matematiksel olarak başarısının ispatlanması için ise CNR değerleri hesaplanmıştır. Uzman radyolog tarafından seçilen ilgili bölgelerdeki kontrast gelişimi, CNR formülü kullanılarak hesaplanmış ve önerilen yöntemin matematiksel başarısı kanıtlanmıştır. Önerilen filtrenin CNR sonuçları, bazı görüntülerde orijinale kıyasla yüksek çıkmışken bazı görüntülerde durağan kalmıştır fakat önerilen filtrede tüm kıyas filtrelerinden daha yüksek sonuçlar elde edildiği için daha başarılı olduğu görülmüştür. Anahtar Kelimeler: Mamografi, CLAHE filtresi, BEASF filtresi, Homomorfik filtreleme, Bulanık maskeleme filtresi, Matematiksel morfolojik filtre, CNR Cancer is a serious disease group that is defined as the disproportionate growth of cells and is the most widespread and fatal disease worldwide. The most common cancer in women worldwide and the highest mortality rate emerges as breast cancer. According to the 2018 data of the world health organization, breast cancer constituted 46.3% of the cancers seen in women worldwide and 13% of them resulted in mortality (WHO, 2019). It is a well-known fact that early diagnosis is important to overcome breast cancer, which poses a serious threat to women. Regular self-examination and breast screening of women play an important role in the early diagnosis process. Some breast imaging techniques have been developed for diagnosis and screening, and their most common use in the clinic is the mammography breast imaging technique. As a result of all these, cancer diagnosis and image enhancement studies in mammography images remain important from past to present.Quantitative interpretation of complex mammography images is difficult due to the structural features that are hardly perceptible to the human eye. For this reason, the images must be pre-processed such as noise removal, contrast enhancement to be ready for segmentation or interpretation. In the literature, these pre-treatment steps are mostly applied and various filtering techniques are used for this. The most preferred method for segmentation, noise removal and contrast enhancement is the morphological filtering method. In this thesis, mathematical morphological filtering method was preferred for contrast enhancement and noise removal to facilitate the interpretation of structures such as microcalcification, lesion or mass in the breast image and increase diagnostic accuracy.In mathematical meaning, the morphological filter which is translated into our language as a `form of science` defines the techniques used to obtain the image components of regional shapes such as edge and skeleton in imaging. These techniques include operators such as erosion, dilation, opening, closing and morphological skeletons (Gonzalez & Woods, 2002, p. 519). The benefit of applying morphological filtering is that such filters are often with simplicity, parallel implementation possibility, can have an impact locally and nonlinearly on geometric features of signals and ability in conserving object edge and shape without blurring edge or even changing edge position as usually in linear spatial filtering-based processing, and is therefore often preferred in the literature. (Chen et al, 1997).The morphological filter has become one of the basic filters used in mammography to extract the formal features of the mass. In the literature, it has been used for many purposes such as segmentation, noise removal, contrast enhancement, microcalcification size and position determination, breast line and pectoral muscle removal. In one of the outstanding studies conducted for microcalcification mass detection Dengler and his team have used the weighted difference Gauss filter for noise removal and size determination of microcalcifications, and morphological filter to produce the shape of microcalcifications (Dengler et al., 1993). Kobatake and his team have used the iris filter for tumour detection and morphological analysis method for noise suppression and microcalcification detection (Kobatake et al, 1993). The morphological filter is also preferred for breast skin line segmentation and pectoral muscle removal. In the study on skin-air interface detection, Mustra and Grgic have presented approaches that include contrast enhancement and edge detection, operators. In the study, adaptive histogram equalization method (Adaptive Histogram Equalization, AHE) and edge recognition operators were used as contrast enhancement, and mathematical morphologic filter for noise filtering, location determination, and segmentation (Mustra & Grgic, 2013).Another role of mathematical morphological filtering in mammography images is contrast enhancement. One of the studies carried out for contrast enhancement, which is described as the main goal in this study; Gunturu and Sharma have used the modified mathematical method of morphology (Gunturu and Sharma, 2010). In another prominent study, Kimori has used a method based on mathematical morphology called rotational morphological filtering for contrast enhancement (Kimori, 2013). Yang and his team have proposed a method to detect microcalcifications and used mathematical morphology and nonlinear transformation to improve contrast in the pre-processing step (Yang et al., 2016).As seen in the distinguished methods in the literature, the mathematical morphological filter used for different purposes and proven success has been used for noise-cleaning and contrast enhancement in this study, and the success of the method has been proven mathematically and subjectively. In this thesis, contrary to classical morphological filtering methods, it is based on the mathematical morphology algorithm that Peters suggested for noise filtering and proved its success visually and mathematically (Peters, 1995).Unlike the many studies, the results were interpreted by the expert radiologist in this study. To see the effect of the proposed study, four commonly used filters for contrast enhancement and noise cancellation were selected from the literature. These filters are; CLAHE filter, BEASF filter, homomorphic filter, and unsharp masking filter methods. The image results of the comparison filters along with the original image and the image results of the proposed filter have been interpreted comparatively by the expert radiologist and the proposed method has been proved to be more successful than the comparison filters. According to the expert radiologist, it has been observed that BEASF and homomorphic filtering methods increase the contrast resolution more than necessary, brightening the lesions and making the diagnosis difficult. CLAHE and unsharp masking filters, on the other hand, were observed to increase contrast resolution significantly, but negatively affect the diagnosis by decreasing spatial resolution. It is concluded that only the mathematical morphological filter increases the contrast and spatial resolution to the desired extent and positively affects the selectivity of microcalcification and lesions. The only drawback of the method is that the proposed filter also increases the visibility of fat lobes, but this has not negative effect on diagnosis. In addition to subjective proof of the method, CNR values were calculated to prove mathematical success. Contrast development in the relevant regions selected by the expert radiologist was calculated using the CNR formula and the mathematical success of the proposed method was proved. The CNR results of the proposed filter were higher in some images compared to the original, but remained stationary in some images, but were found to be more successful because higher results were obtained from all comparison filters in regard of the proposed filter.Keywords: Mamography, CLAHE filter, BEASF filter, Homomorphic filtering, Unsharp masking filter, Mathematical morphological filter, CNR 144

Sindirim sisteminin görüntülenmesinde kullanılan metotlar hem hastaya rahatsızlık vermekte hem de görüntülemede yetersiz kalmaktadır. Endoskopi muayenesi olacak hasta, bir veya birkaç gün önceden sadece diyetine dikkat etmek durumunda kalmayıp, bu prosedür esnasında da yaşadığı rahatsızlığın asgari düzeye indirilmesi adına etkisi prosedürün sonrasında da devam eden birtakım sedatif ilaçlar almak durumunda kalırlar.Günümüzde maliyeti nedeniyle yaygın şekilde kullanılmasa da kablosuz kapsül yapılar kullanılmaya başlanmıştır. Kablosuz kapsül uygulamalarında hasta için herhangi bir kısıtlama yoktur. Hasta kapsül yapısını yuttuktan sonra, kapsül görüntüleme yaparken kendi olağan yaşamına devam edebilir. Kablosuz kapsül teknolojisi gelişimi devam eden bir teknolojidir. İnsan hayatını kolaylaştıran bir uygulama olmasına rağmen, fazlaca sınırlaması ve eksiklikleri olan bir teknolojidir. Kablosuz kapsül teknolojisinde kapsül hasta tarafından yutulduktan sonra bağırsağın peristaltik hareketleriyle sindirim sistemi boyunca hareket eder. Kapsülün bu ilerleyişi boyunca alacağı pozisyon tahmin edilemez ve rastgeledir. Bu nedenle incelenmek istenilen bir yapıya tekrardan görüntüleme yapılamaz. Kapsül ihtiyacı olan gücü içerisindeki pilden sağlar. Kapsülün yutulduktan sonra sindirim sisteminden geçerek çıkışa ulaşması arasında geçen süre yaklaşık olarak 8 saattir. Bazen bu süre teşhis için yeterli olmayabilir. Hastalığın teşhisi konulmadan kapsül içerisindeki pilin ömrünün tükendiği durumlar olmaktadır.Kapsül içerisinde birçok kapsül bileşeni tarafından kullanılmasından dolayı alınan görüntüyü saklayacak eleman için yeterli alan bulunmamaktadır. Alınan görüntünün vücut dışarısında incelenebilir hale gelmesi için hem vücudun içerisinde görüntüyü gönderecek bir antene hem de vücudun dışarısında bu görüntüyü alacak bir antene ihtiyaç vardır. The methods used in imaging of the digestive system both cause discomfort to the patient and are insufficient in imaging. Patient to undergo endoscopy goes through a diet starting one or more days before the procedure. Furthermore, the procedure is quiet uncomfortable for the patient, so a sedative is given to mitigate the discomfort. Wireless capsule structures have started to be used even though they are not widely used because of their cost today. There are no restrictions for the patient for wireless capsule applications. After swallowing the capsule structure, the patient may continue his or her usual life while viewing the capsule.The development of wireless capsule technology is an ongoing technology. Although it is an application that makes human life easier, it is a technology that has many limitations and deficiencies. In wireless capsule technology, the capsule moves through the digestive tract by peristaltic movements of the intestine after being swallowed by the patient. The position this capsule will take during this advance is unpredictable and random. Therefore, it is not possible to re-visualize a structure to be examined. Capsule provides the power it needs from the battery inside. The time between ingestion and ingestion of the capsule through the digestive tract is approximately 8 hours. Sometimes this period may not be sufficient for diagnosis. There are cases where the life of the battery in the capsule is exhausted without the diagnosis of the disease.There is not enough space in the capsule for the element to store the captured image because it is used by many capsule components. In order for the acquired image to be examined outside the body, both an antenna that will send the image inside the body and an antenna that will take this image outside the body are needed. 79

Tez (Yüksek Lisans) -- İstanbul Ticaret Üniversitesi -- Kaynakça var. ÖZET Uzaktan kumandalı anahtarsız giriş (RKE) sistemleri modern günlük yaşamın ayrılmaz bir parçasıdır. Araçlara erişim ve ev, garaj ve tesis alarm sistemleri kurma/devre dışı bırakma gibi günlük yaşamımızın birçok yerinde RKE sistemlerini örnek olarak görebiliriz. RKE sistemlerinin erişim ve yetkilendirme gibi ön plana çıkan avantajlara sahip olmasına rağmen herhangi bir güvenlik ihlali çok kötü sonuçlara neden olmaktadır. Bu nedenle, üreticiler RKE sistemlerinin güvenliklerini güçlendirmek için sürekli olarak yeni yöntemler ve teknikler geliştirmektedir. İçsel güvenlik endişesi ile başa çıkmanın önde gelen yollarından biri, davetsiz misafirlerin saldırılarını yapmak için zamanları olmayacak şekilde hızlı bir kablosuz mesaj alışverişi mekanizması/protokolü oluşturmaktır. Son zamanlarda yazılım tanımlı radyoların gelişmesi ile beraber RKE geliştiricileri için mesaj iletim hızı çok önemli hale gelmiştir. Bu nedenle, bu tezdeki çalışmada, RKE sistemleri için bir istatistiksel modülasyon tipi tanımlayıcısı önerilmiştir. Alınan sinyalin karmaşık tabanbant eşdeğerli otomatik modülasyon tipi tanımlayıcısı ve otomatik mod detektörü kullanılarak, davetsiz misafir tarafındaki alıcı tarafından tahmin edilebilir darboğazlar tanımlanabilir ve detaylandırılabilinir. Ölçüm sonuçları ışığında, otomatik modülasyon tipi tanımlayıcısı ve otomatik mod detektörü, enerji tespiti için vazgeçilmez iki seri modül olduğu gösterilmiştir. Bu tez çalışmasında, bir davetsiz misafirin bir bağlantıyı ne kadar hızlı kurması gerektiğini ölçmek için karmaşık bir temel bant eşdeğerli dijital alıcısı önerilmiştir. Anahtar Kelimeler: Enerji dedektörü, istatistiksel modülasyon, kablosuz mesaj değiştirme mekanizması/protokolü, uzaktan kumandalı anahtarsız giriş sistemleri, yazılım tanımlı radyo. iii ABSTRACT Remote keyless entry (RKE) systems are an integral part of modern daily life. Vehicle access, drive authorization, and arming/disarming the alarm systems for houses, garages, and/or facilities are instances for popular uses of RKE. Despite their obvious advantages such as gaining access/authorization solely by carrying them, any security breach experienced with RKE could end up with cataclysmic consequences. Therefore, manufacturers continuously develop new methods and techniques to fortify their RKE systems. One of the prominent ways of tackling the inherent security concern is to establish a rapid wireless message exchange mechanism/protocol such that intruders could not have time to place their attacks. However, with recent advances in digital technology along with software defined radio, quantification of rapidness becomes crucial for RKE manufacturers. Therefore, in this study, a statistical modulation type identifier for remote keyless entry systems is proposed. Both an automatic modulation type identifier based on complex baseband equivalent of the received signal and an automatic mode detector are employed as an extension of the traditional energy detector. This way, presumable bottlenecks for the receiver at the intruder side are identified and elaborated. Measurement results are provided along with relevant discussions. Results demonstrate that frequency compensation along with energy detection are the two indispensable serial modules and provide the bottleneck for any receiver at intruder's side. In light of this proposed method, RKE system manufactures will design a more robust and faster message exchange mechanism/protocol against intruders to ensure security. Keywords: Energy detector, remote keyless entry, software-defined radio, statistical modulation, wireless message exchange mechanism/protocol. İÇİNDEKİLER İÇİNDEKİLER . i ÖZET . ii ABSTRACT . iii TEŞEKKÜR . iv 1. GİRİŞ. 1 2. LİTERATÜR ÖZETİ . 3 3. UZAKTAN ANAHTARSIZ GİRİŞ SİSTEMİ . 5 3. 1. Doğrulama Teknikleri . 7 3. 1. 1. Sabit kod (fixed-code) yöntemi . 9 3. 1. 2. Döner kod (rolling-code) yöntemi . 9 3. 1. 3. Karşılık verme (challenge response) yöntemi . 11 3. 2. RKE Sistemlerine Yapılan Saldırılar . 13 3. 2. 1. Kaba kuvvet saldırısı (brute force attack) . 13 3. 2. 2. Kod yakalama saldırısı (code grabbing attack) . 14 3. 2. 3. Aradaki korsan saldırısı (man–in–the–middle attack) . 14 3. 2. 4. İleri tahmin saldırısı (forward–prediction attack) . 15 3. 2. 5. Elektromanyetik boğma saldırısı (jamming attack) . 16 4. SİSTEM VE SİNYAL MODELİ . 17 4. 1. Sistem Modeli . 17 4. 2. Sinyal Modeli . 18 5. ENERJİ TESPİT DETEKTÖRÜ . 23 6. ÖNERİLEN YÖNTEM . 26 6. 1. Ölçüm Düzeneğinin Kurulması . 27 6. 2. Ölçüm Sonuçları. 27 7. SONUÇ VE ÖNERİLER . 32 KAYNAKLAR . 33 ÖZGEÇMİŞ . 36

Son on yılda spintronik elemanlar, bellek, analog devre tasarımında, ve kablosuziletişim alanlarındaki güncel uygulamalarda önemli sınırlamaları olan CMOSteknolojisinin yerini alabilecek aday bir teknoloji olarak karşımıza çıkmıştır.Spintronik elemanın manyetik durumun geleneksel elemanlara göre çok daha azenerji ile değiştirilebilir olmasının hız verdiği araştırmalarla, bu elemanın yukarıdakiuygulamalarda nasıl kullanılabileceğini gösteren yeni yöntemler geliştirilmiştir. Ferromagnetinspin-tork anahtarlaması, bellek, analog ve kablosuz iletişim uygulamalarıiçin çok yararlı bir özellik olarak kabul edilmektedir. Bununla birlikte, halaspin-tork cihazlarının bu uygulamalar için daha etkin nasıl kullanılabileceğini gösterenyeni araştırmalara ihtiyaç bulunmaktadır. Literatürde spintronik elemanların bellek,ayarlanabilir direnç, ve osilatör uygulamalarında, manyetik tünel jonksiyonun spin torkanahtarlama modeli için çeşitli modeller ve devre tasarım teknikleri önerilmiştir.Bu tezde, bellek, analog ve kablosuz iletişim alanlarına yönelik olarak spintronikcihazların matematiksel modellemesi ve olası uygulamaları incelenmiştir. Temelolarak bu uygulamalarda, ofset iptali, BER performansının iyileştirilmesi ve fazgürültüsünün azaltılması için yeni devre teknikleri önerilmiştir.Bu tezde sunulan çalışmalar özet olarak:Bölüm 1 Bu tezin motivasyonu ve araştırma katkıları bu kısımda derlenmiştir.Bölüm 2 Spintronik aygıtların iyi anlaşılması için, manyetik teoremler açıklanmıştır.Spintronik aygıtların kapsamlı bir şekilde anlaşılması, manyetik malzemelerin fizikselprensipleri hakkında kapsamlı bir bilgiye dayanır. Bu bölümde, elektromanyetikteoremlerin önemli sonuçlarının bir özetini ve bu tür aygıtların anahtarlama sistemleriiçin ilgili manyetik teorilerin bir özeti sunulmuştur. Sonuç olarak, bu manyetik bilgitemeli üzerine spintronik aygıtların modellenmesi incelenmiştir.Bölüm 3: analog devre uygulaması Yeni nesil devre elemanı olarak memristörler biranalog uygulamada ilk önce değişken kazan kuvvetlendirici yapısında kullanılmıştır.Ancak memristörleri düşük gerilim seviyelerinde çalıştırmak zordur. Spintronikdevre elemanları düşük gerilim seviyelerinde çalıştırılabilir ve ilk uygulama olarakbir işlemsel geçişiletkenliği kuvvetlendirici (OTA) yapısında yerleşme zamanıkompanzasyonu için ayarlanabilir direnç olarak kullanılmıştır. Çünkü spintronikaygıtların çoklu hücresel fabrikasyonu düşük maliyetli olduğu ve CMOS teknolojisineentegrasyonu tasarım alanı verimliliği sağladığı için, analog uygulamalarda tercihedilmektedir.Bu bölümde spintronik aygıtlar pratik programlanabilir direnç olarak bir analoguygulama yapısında gerçeklenmiştir. Bu aygıtların programlanabilir direnç uygulaması, spin tork anahtarlama mekanizması yardımıyla gerçekleştirilir. Ayrıca,bir spintronik aygıtın direnci uygulanan darbe gerilim kaynağının darbe genişliğineve uygulanan kutuplama akımın yönüne bağlıdır. Bu amaçlanan ayarlanabilir dirençyapısı karşılaştırıcı yapısında ön kuvvetlendiri ofsetinin azaltılması için uygulanmıştır.Çok hücreli spintronik aygıtlarin üretimi ucuz olduğundan, bu ofset azaltma yöntemidüşük maliyetli bir tasarımdır. Bu amaçlanan programlanabilir direnç yapısında,spintronik aygıtların direnç değeri sapmalarını azaltmak için bu aygıtlar birbirlerineseri olarak bağlanmıştır.Bölüm 4: bellek uygulaması Modern yüksek hızlı sayısal sistemlerde yonga önbelleğiolarak statik rastgele erişim belleği (SRAM) kullanılır. Bununla birlikte, CMOSteknoloji nodu küçüldükçe, SRAM'ın statik enerji tüketimi artar. Yeni teknolojibellek elemanları, SRAM'ın yerini almak için geliştirilmektedir. Bunlar arasındarastgele manyetik bellek elemanları (STT-MRAM) özellikle caziptir. STT-MRAM' inavantajları arasında: CMOS tasarım uyumluluğu, hızlı okuma ve yazma işlevselliği, vedayanıklılığı yüksektir. Bir STT-MRAM'in ana bellek işlemleri yazma ve okumadır.Bu işlemler arasında bellek hücresi akımı açısından bir ödünleşim vardır. Yazmaişlemleri için daha düşük hücre akımları tercih edilir, ancak okuma işlemleri için dahayüksek hücre akımları tercih edilir.Aygıt geliştirme seviyesindeki araştırmalar, manyetik tünel jonksionu (MTJ) anahtarlamaakımını yazma operasyonlarında azaltmayı ve devre seviyesindeki araştırmalarbit hata oranı (BER) performansını bu bellek elemanının okuma operasyonlarındaarttırmayı amaçlamaktadır. Bu tezde bellek uygulamasında, STT-MRAM yapısındaokuma işlemlerini iyileştirmek için çeşitli devre tasarım teknikleri sunulmuştur. Akımalgılama kuvvetlendiricisine ve gerilim algılama kuvvetlendiricisine dayanan yaygınolarak kullanılan iki algılama şeması karşılaştırılmıştır. Düşük dirençli alanlardayüksek tünelleme direnci (TMR) sağlayan MTJ ile yapılandırılmış STT-MRAM içintasarlanmış sezme şemalarının temel sınırlamaları araştırılmıştır. Sonuç olarak, tekbir referans MTJ hücresi ile önerilen algılama şeması, yüksek hızlı ve düşük güçlüSTT-MRAM okuma işlemleri için iyi bir çözüm sunmaktadır. Önerilen algılamaşeması, veri ve referans hücrelerinin direnç varyasyonlarına ve latch deki parazitikkapasitanslara daha az duyarlıdır. Önerilen tasarım, literatürdeki benzerlerine kıyaslahızlı okuma, BER performansı, ve güç tüketimini açısından daha iyi bir çözümsunmaktadır.Bölüm 5: kablosuz haberleşme uygulaması Nano aygıt araştırmaları, frekanssentezleyicilerinin indükleyici olmadan tasarımı açısından büyük önem taşımaktadır.Araştırmacılar, yeni nesil frekans sentezleyici için yeni grafen tabanlı cihazlar vespintronik cihaz teknolojileri üzerinde aygıt araştırmalarına ağırlık vermektedirler.Spintronik osilatör teknolojisindeki son gelişmeler, küçük çip boyutu (100 nm veyadaha küçük çaplı), kompaktlığı, CMOS işlem uyumluluğu, yüksek çalışma frekansları,gelecekteki kablosuz iletişim ve ayrıca milimetre kablosuz iletişiminde yani 65 GHz'inüzerinde frekanslarda çalışabiliyor olması nedeniyle bu osilatör teknolojisi önemarzetmektedir.Çoklu RF vericileri özellikle VCO'lar yapılarındaki LC tabanlı osilatörler nedeniyleçok fazla alan kaplamaktadırlar. Bu nedenle spintronik osilatörlerin çoklu RFvericisinde uygulaması, LC tabanlı bir VCO'dan kompakt alan tasarım açısından dahacaziptir. Bununla birlikte, STO'ların bazı ana dezavantajları vardır. Bunlar, düşükçıkış gücü, düşük frekans çözünürlüğü ve doğrusal olmayan genlik-faz kuplajıdır. Bu aygıt araştırmalarında, bu dezavantajların çözümüne odaklanılmıştır. Kablosuzuygulamada, spintronik osilatör tabanlı frekans sentezleyici yapısı tasarlanmıştır.Bu tezde geliştirilen devre teknikleri spintronik osilatörün spektral çözünürlüğünügeliştirmeye odaklanmıştır. Sonuç olarak, spintronik osilatörün spektral çözünürlüğüiyileştirilmiştir. Entegre devre yaklaşımındaki spintronik osilatörün faz gürültüseviyeleri, bu araştırma alanındaki gelecekteki çalışmalar için simülasyon sonuçlarıylabelirlenmiştir. In the last decade, spintronic elements have emerged as a candidate technologyto replace CMOS technology, which has significant limitations in state-of-the-artapplications, such as memory, analog signal processing, and wireless communicationsystem realizations. New methods have emerged to show how the spintronic devicescan be used in the above applications by investigations triggered by the fact thatthe magnetic state can be changed with much less energy than conventional CMOSdevices. Ferromagnet spin-torque switching is considered a very beneficial feature formemory, analog, and wireless communication applications. However, new research isstill needed to demonstrate how spin-torque devices can be used more effectively forthese applications. Various models and circuit design techniques have been proposedin the literature to apply spin-torque phenomena to magnetic tunnel junctions: workingas a memory, a variable resistance, and an oscillator.In this thesis, compact modeling and possible applications of spintronic devices areconsidered for memory, analog, and wireless communication areas. New circuittechniques have been introduced to improve offset, BER performance, and phase noiseperformance in the specified applications of the spin devices.In the introductory chapter of the thesis, the dissertation's motivation and contributionare discoursed.In Chapter 2, the modeling of spintronic devices is described by providing essentialinformation about magnetic theories.In Chapter 3, the spintronic analog application is represented. The operating thisdevice as a programmable resistor in this application area to cancel the offset of thecomparator is useful in terms of cost-efficient design because the multi-cell fabricationof the MTJs is cheap. The underlying principle of the proposed approach is that theresistance of the MTJ varies with the duty-cycle of the applied pulse voltage source.In chapter 4, the memory application of spintronic devices is presented. The circuitdesign techniques for the STT-MRAM are mainly motivated to enhance bit error rate(BER) performance in the reading operation of the STT-MRAM cells. The circuittechniques on the sensing schemes that are the current sense amplifier and the voltagesense amplifier are studied. The main limitations of sensing schemes for STT-MRAMstructured with MTJ providing high TMR in low resistance area product are reviewed.Consequently, the proposed sensing scheme with a single reference MTJ cell can bea good solution for high-speed and low-power read operations of the STT-MRAMcells. It is important to note that the proposed sensing scheme is also less sensitiveto the resistance variations of the data and reference cells, and parasitic capacitancesin the latch. As a result, the proposed design has a substantial advantage in sensing speed, BER performance, and power consumption compared to its counterparts in theliterature.In Chapter 5, the spintronic wireless applications are discussed. Researchers havepursued a new generation frequency synthesizer by employing emerging nanodevicessuch as based on graphene and spintronic device technologies. A literature surveyimmediately indicates that the use of spintronic devices in the realization ofinductorless frequency synthesizers. Recent technological advances in spintronicoscillator technology make it a promising candidate for this implementation, due toits small chip size (100 nm or less in diameter), compactness, compatibility withCMOS processes, high tunability, and operation frequencies beyond 65 GHz for futurewireless communication and further millimeter-wave applications. The spin torqueoscillator (STO) can be superior to an LC tank–based voltage controlled oscillator(VCO) toward in next-generation re-configurable wireless applications because usingmultiple VCOs is not a power-friendly approach. However, STOs suffer fromthe main drawbacks: low output power, low-frequency resolution, and nonlinearamplitude-phase coupling. In the field of spintronics device research, researchers havefocused on improving these shortcomings. The limited spectral purity of the devicethat arises from a significant issue in this application mainly can be improved byapplying a new device design technique. Finally, detailed simulation results indicatingthe potential usefulness of this device in the next generation wireless transmitters areprovided. 117

Son zamanlarda toplumun değişen yaşam tarzına uygun olarak ihtiyaçlar kapsamında çeşitli endüstri uygulamaları geliştirilmektedir. Sanal ve arttırılmış gerçeklik, uzaktan ameliyat, tam otonom sistemler ve holografik yansıma gibi uygulamalar haberleşme sistemlerinde çeşitli değişimlere yol açacaktır. Mevcut teknoloji bu uygulamaların talep ettiği artan trafik ihtiyacını karşılamakta yetersiz kalmaktadır. Bununla birlikte bu uygulamalar için gecikme miktarında azalma gerekmektedir. Bu bağlamda haberleşme sistemleri yeni nesil tekniklerle güncellenmek durumundadır. Yapay zeka son on yılda bilgisayar biliminin hızla gelişen alanlarından biridir. İnternet kullanımının artmasıyla veri üretimi artmıştır. Bununla birlikte yüksek miktardaki verileri kullanarak anlamlı sonuçlar çıkarmaya ihtiyaç doğmuştur. Bu ihtiyacı klasik yöntemler işlem karmaşıklığı ve genelleştirememe gibi sorunları nedeniyle karşılamada yetersiz kalır. Derin öğrenme yardımıyla üretilen büyük veriler anlamlandırılarak istenen çıktı elde edilebilir. Bu sebeple derin öğrenme telsiz iletişimde kullanımı diğer disiplinlerde olduğu gibi ilgi çekici haline gelmiştir. Dolayısıyla, araştırmacıların ilgisini çekmiş kanal kestirimi, kanal kodlama, ağ katmanı en iyileştirmesi gibi alanlarda kulanımını ile ilgili çalışmalar yapılmıştır.Bu çalışma AI disiplininin telekomünikasyon uygulamalarını içermektedir. Gelecek nesil fiziksel katman yapısına uygun olarak yapay zeka tabanlı alıcı yapısı ve kör en büyük doppler frekansı kestirim algoritması uygulamaları üzerine çalışılmıştır. Bu bağlamda, CNN ve MLP yapılarını kullanan derin alıcı ve SCF ve CNN yapılarını kullanan doppler parametre tahmin algoritması tartışılmıştır. Tezin ilk aşamasında tek taşıyıcılı sistemlerin alıcı tasarımı yapay sinir ağı ile yapılmıştır. Bu kısım ikinci bölümde tartışılacak olan çok taşıyıcılı sistemlerde yapay sinir ağı yapısını anlamlandırma ve yorumlama amacıyla giriş niteliğindedir. Tasarlanan sistemde tek taşıyıcılı PSK modülasyonuna uğramış vericide üretilen semboller kanaldan geçerek alıcıda yapay sinir ağı ile çözülür. Alıcıda yoğun ağ yapısı bilinen sembollerle eğitilmiştir. Yapay sinir ağının performansı karşılaştırmak amacıyla klasik yapı olarak kullanılan en büyük olabilirlik kriteri ile karşılaştırılmıştır. Bu yöntem yıldız diyagramdaki hangi sembolün alınan işarete en yakın olduğu belirleyenerek tespit gerçekleştirir ve tek taşıyıcılı alıcı problemi için optimum alıcıdır. Bulunan sonuçlar klasik alıcısının BER performansı ile örtüşmektedir. Bunun sebebi sinir ağını karar bölgesi eğitim sonunda optimum kararla neredeyse aynı olmasıdır.Tezin ikinci aşamasında çok taşıyıcılı kablosuz haberleşme sistemi için yapay sinir ağı tabanlı alıcı tasarımına odaklanılmıştır. Öncelikle dik olan ve dik olmayan çok taşıyıcılı sistemleri birleştiren modüler birleşik bir verici yapısı tasarlanmıştır. Vericide semboller modülasyon matrisi aracılığı ile üretilir. Modülasyon matrisi farklı modülasyon teknikleri için farklı operasyonlar ihtiva eder. Örneğin OFDM iletişim sistemi için $ N $-nokta IFFT işlemi gerçekleştirir. GFDM iletişim sistemi için örnekleme, darbe şekillendirme ve frekans kaydırma işlemlerini gerçekleştirir. Üretilen semboller kablosuz kanaldan geçerek alıcıya ulaşır. Kanal çok yollu sönümlemeli kanal olarak modellenmiştir. Temel bantta alınan semboller gerçel ve sanal bileşene sahip komplex verilerden oluşur. Semboller kanaldan geçmesi sebebiyle bozunumlara uğramıştır. Alıcıda yapay sinir ağı ile özellik çıkarma ve sınıflandırma işlemleri yapılarak kanalın bozucu etkileri yok edilmeye çalışılır. Dolayısıyla yapay sinir ağı sembol tespit algoritması olarak değerlendirilir. Sinir ağı eğitimininde denetimli öğrenme benimsenmiştir. Ağ eğitim aşamasında etiket olarak kabul edilen bilinen semboller ile eğitilmiştir. Yapay sinir ağı tabanlı alıcı olarak üç tür yapı tasarlanmıştır. İlk algoritmada, gerçel ve sanal bileşenleri olan semboller seri hale getirilip MLP yardımıyla tespit işlemi gerçekleştirilir. Benzer şekilde bir boyutlu CNN tasarımında sembollerin gerçel ve sanal bileşenleri seri hale getirilip sinir ağına verilir. Üçüncü algoritmada ise gerçel ve sanal bileşenleri paralel hale getirilip iki boyutlu CNN sinir ağına verilir. Yapılan çalışmada iki boyutlu CNN mimarisi ilk kez değerlendirilmiştir. Ayrıca daha önceki çalışmalarda alıcıda ön işlem olarak kanal denkleştirme gerçekleştirilirken, bu çalışmada alıcı tasarımında kanal denkleştirme olmadan tespit işlemleri yapılır. Aynı şekilde daha önceki çalışmalarda kanal denkleştirmeden gecen semboller sonrasında kaba tespit işlemine tabi tutularak sinir ağına verilir. Bu çalışmada alıcıya ulaşan semboller direk olarak algoritmanın girişini besleyerek gönderilen semboller tespit edilir. Bu işlemler dolayısıyla önceki çalışmalarda önerilen sinir ağı tabanlı yaklaşımlara göre karmaşıklık azaltılmıştır. Ayrıca eğitim yüksek çevrim sayısı ile gerçekleştirilir. Öğrenme aktarımı yardımıyla daha önceki eğitim ağırlıkları kullanılarak çevrim sayısı azaltılıp eğitim süresi azaltılmıştır. Aynı zamanda bu yaklaşım alıcın kanal etkilerindeki değişime karşı oldukça uyumlu olarak çalışmasını sağlar. Ayrıca, dik olmayan çok taşıyıcılı GFDM benzeri modülasyonlar için sinir ağı tabanlı yaklaşım karmaşıklığı azaltmaktadır ve algoritmalar tak çıkar sistemi olan modüler olarak üretilen bir yapıdadır.Algoritmaların performansları OFDM ve GFDM çok taşıyıcılı sistemleri üzerinde değerlendirildilmiştir. Sonuçlar MF, ZF, MMSE gibi klasik tekniklerle karşılaştırılmıştır. Ön simülasyonlarda, farklı hiper parametreleri olan farklı katmanlar içeren ağlar test edilmiştir ve sonuçlarda gösterildiği gibi, sığ ağlar en iyi performansı vermiştir. Hem OFDM hem de GFDM deneyleri için, 2 + 1 ağlar CNN mimarı arasında en iyi performansı vermiştir. MLP tabanlı algoritma OFDM için biraz daha iyi performans verebilirken, bellekte tutulması için daha fazla parametre gerektirebilir. Başka çalışmalarda farklı ağ mimarileri farklı modülasyonlar için performans analizine odaklanılabilir.Tezin üçüncü aşamasında kablosuz kanalın önemli bir parametresi olan ve kablosuz iletişim sisteminin performansını önemli ölçüde etkileyen Doppler frekansı kayması yapay sinir ağı hiçbir ön bilgi kullanılmadan tespit çalışması yapılmıştır. Doppler frekansı radardaki hedef hızlarını ölçmek, sabit ve hareketli hedefleri birbirinden ayırmak gibi uygulamarda kullanılan önemli bir parametredir. Buna karşın etki kablosuz kanaldan geçen sembollerin alıcıda tespiti büyük oranda zorlaştırır. Etkiyi tamamen yok etmek hareketli nesnelerin durdurulması ile mümkün olmaktadır. Pratikte bu yaklaşım gerçekci değildir. Bunun yerine Doppler frekansı kaymasını ve izgesini tespit edip etkileri azaltıcı algoritmalar geliştirmek gerçekci bir yaklaşım olacaktır. Doppler tahmini, önceki çalışmalarda iletilen sinyaller, bilinen sinyaller veya bilinen önceki bilgilerle yapılmıştır. Çalışma kapsamında, önceden bilgi veya sinyale ihtiyaç duymadan doppler frekansının nasıl tahmin edileceği açıklanmaktadır ve literatürde ilk kez kör olarak yapılmıştır. Vericiden üretilen işaretin modülasyon türü, modülasyon parametreleri ve kodlama gibi çeşitli özellikleri gözlemci tarafından bilinmemektedir. Bunun yanı sıra doppler etkisi ile beraber kanalın diğer bozucu etkilerine maruz kalan sembollerin değişimide sisteme serbestlik derecesi kazandırmaktadır. Bu noktada gözlemci doppler frekansı kaymasına duyarlı ve diğer tüm parametrelere karşı duyarsız davranan algoritma ile tespit işlemi gerçekleştirmesi gerekir. Ayrıca geliştirilen algoritma farklı gürültü seviyelerinde sağladığı istatistiği korumak durumundadır. Bu sebeple çeşitli denemelerden döngüsel korelasyona dayalı SCF algoritmasının işaretin ve kanalın tüm etkilerine karşı minimum duyarlı ve doppler frekansına oldukça duyarlı olduğu gözlemlenmiştir. Ayrıca fonksiyon frekans düzleminde çalışması sebebiyle AWGN etkisiyle istatistiksel özellikleri oldukça az etkilenmektedir. Bu fonksiyonu hesaplamada FAM yönteminden yararlanılmıştır. Doppler frekansı artması SCF düzleminde yayılmaya yol açar. Yayılmanın miktarının ölçülmesi ile frekans kayması miktarı üzerinde tahminlerde bulunulabilir. Çıktıyı işlemek için Regresyon CNN ağı kullanılmıştır. Fonksiyonun çıktısı frekans ve döngüsel frekans düzlemini içeren iki boyutlu bir matris olması sebebiyle CNN ağ yapısının çalışma prensiplerine uygun olmaktadır. Bu kapsamda analog modülasyonları içeren bir veri kümesi oluşturulup algoritma test edilmiştir ve algoritmanın performansı gösterilmiştir. Daha ileri bir çalışmada, performansı artırmak için ön bilgileri dikkate almaya odaklanılabilir. Recently, various industry applications have been developed in line with the needs of the society in accordance with the changing lifestyle. Applications such as virtual and augmented reality, remote surgery, fully autonomous systems and holographic reflection will cause various changes in communication systems. Current technology is insufficient to meet the increasing traffic needs demanded by these applications. Also, a reduction in the amount of delay is required for these applications. In this context, communication systems must be updated with new generation techniques.Artificial intelligence is one of the rapidly developing fields of computer science in the past decade. This study includes telecommunication applications of AI discipline. In the first stage of the thesis, the receiver design of single carrier systems has been made with artificial neural network. This section is an introduction for the purpose of interpreting and reasoning the artificial neural network structure in multi-carrier systems. In the second stage of the thesis, artificial neural network based receiver design is focused for multi-carrier wireless communication system. First, a modular unified transmitter structure is designed that combines orthogonal and non-orthogonal multi-carrier systems. Symbols are produced through the modulation matrix at the transmitter. These symbols are then transmitted from the transmitter to the receiver, passing through multi-path wireless channel. 1D CNN, 2D CNN and MLP based architectures are used to detect symbols sent from the transmitter. In this study, 2D CNN architecture was evaluated for the first time. In addition, in previous studies, channel equalization is performed as a preprocess in the receiver, while in this study, detection procedures are performed without channel equalization in the receiver design. Likewise, in the previous studies, after the symbols passed from the channel equalization, they are subjected to coarse detection and given to the neural network. The performances of the algorithms are evaluated on OFDM and GFDM multi carrier systems. The results are compared with classical techniques such as MF, ZF, MMSE. In the third stage of the thesis, Doppler frequency shift, which is an important parameter of the wireless channel and significantly affects the performance of the wireless communication system, has been detected with SCF and artificial neural network without any prior knowledge. Within the scope of the study, it is explained how to estimate the doppler frequency without the need for prior knowledge or signal and it have made blind for the first time in the literature. SCF is used to extract the statistics of the signal, and Regression CNN is used to estimate the parameter with these statistics. The performance of the algorithm is tested with a dataset containing analog modulations and results are shown. 95

Giyilebilir teknoloji, bilimin en popüler ve büyüyen alanlarından biridir. Tarihin bütün araştırmalarından da bilindiği gibi, büyüyen bir alan olmak, hedefe ulaşmak için birçok yolu beraberinde getiriyor. Giyilebilir teknoloji temel olarak sensör tabanlı bir teknolojidir. Bu sensör tabanlı bilim alanı, optik tabanlı sensörler, piezorezistif bazlı sensörler, piezoelektrik bazlı sensörler ve kapasitif bazlı sensörlerden oluşabilir. Bütün bu sensörler stabilite, esneklik, gerilebilirlik, hassasiyet vb. esaslara göre kendi avantaj ve dezavantajlarına sahiptir. Bu çalışmada duyarlılığı ve basit yapısı nedeniyle kapasitif sensör kullanılmıştır. Kapasitif bir sensör basitçe üç katmandan oluşur; iki iletken katman ve bu iki iletken katman arasına sıkıştırılmış dielektrik katman. Yeryüzünde iletken katmanı sağlamak için kullanılabilecek materyal sayısı çoktur. Literatürde alüminyum (Al), karbon bazlı nanotüpler, bakır ve gümüş yaygın olarak kullanılmaktadır. Yukarıda bahsedildiği gibi, bu malzemeler dış etkilere duyarlılıkları, elektrik iletkenlikleri ve dayanıklılıkları açısından kendi benzersiz özelliklerine sahiptirler ve bu benzersiz özellikler avantaj ve dezavantajlar yaratmaktadır. Karbon bazlı materyallerin insan sağlığı açısından yarattığı zararlı etkiler göz önünde bulundurulduğunda, metalik materyallerin kullanımı sağlık açısından daha sağlam bir yol sağlamaktadır. Nitekim giyilebilir elektronik geniş çaplı olarak sağlık alanında kullanılmaktadır ve bir çok yapı insan derisi ile birebir bir etkileşim halindedir. Metalik materyaller arasında Alüminyum (Al) ucuzluğu ile yaygın olarak kullanılmaktadır. Bakır (Cu) ise endüstrideki geniş kullanım durumu sayesinde giyilebilir elektronik teknolojisine dahil olmaktadır. Literatürde sıkça kullanılan bu iki metalik materyal gümüş ile karşılaştırıldığında, iletkenlikleri gümüşe göre düşük kalmaktadır. ̇İletkenlik giyilebilir teknolojideki önemli noktalardan biri olduğundan, bu çalışmada gümüş kullanılmıştır. Literatür araştırması çerçevesinde gümüş nanotüp ve nanotel olarak farklı kullanım alanlarına sahip olduğu görülmüştür. Yapılmış olan bu literatür taraması göz önünde bulundurulduğunda, nanotellerin nanotüplere kıyasla daha yüksek iletkenlik ve daha düşük maliyete sahip olduğu gösterilmiştir. Nanotellerin sahip olduğu bu durumlar neticesinde çalışmada nanoteller kullanılmıştır. Gümüş nanotellerin sentezlenmesi için bu çalışmada çevre dostu olması nedeniyle Polyol tekniği kullanılmıştır. Gümüş nanoteller (AgNW) bu çalışmada, spandex lifleri, kavak lifleri ve yün kumaşı lifleri üzerinde kullanılmıştır. Spandex liflerinin kullanımı, bu liflerin endüstride yaygın şekilde kullanılması gerçeğinden kaynaklanır. Spandeks kullanımı literatürdeki bazı araştırmalarda kullanılan PDMS gibi diğer dielektrik malzemelere kıyasla ucuz ve gümüş nanotellerin kendi pozisyonlarını koruyabilmeleri açısından uygundur. Sentezlenen gümüş nanotelleri elyafın üzerine kaplama amacı güden birçok kaplama yöntemi de vardır. Bu teknikler arasında sadeliği nedeniyle emdirme (dip coating) yöntemi kullanılmaktadır. Emdirme metodu, lifleri sadece gümüş nanotel (AgNW) ve etil alkol çözeltisi ile kaplamaktır. Bu çözelti, bu elyafları oldukça iletken hale getirmek için birkaç tekrarlama süresince Spandeks elyaflarının yüzeyine bırakılır. Kaplama bittikten sonra üzerlerinde gümüş nanotel bulunan Spandex lifleri 30 dakika süresince 50◦C'de fırında bekletilmektedirler. Fırınlama sürecinden sonra gümüş-nanotel kaplı Spandex liflerinin direnç değerleri ölçülmektedir. Ölçüm İstanbul teknik üniversitesi VLSI laboratuvarında bulunan HIOKI IM 3570 LCR metresi ile ölçülmüştür. Ölçüm sonucunda direnç değerleri 50 Ohm'dan yüksek olan lifler, iletkenliğin ve hassasiyetin sağlanması adına diğer aşamalara dahil edilmemiştir. Kaplama tekrarlaması gümüş-nanotellerin Spandex liflerinin üst kısmında dökülme yaşamaması adına azami 5 defada sabit kılınmıştır. Lifler çok iletken olduğunda, Dimetilasetamit (DMAc) içinde çözülmüş bir spandeks çözeltisi, bu yüksek iletken liflerin yüzeyine kaplanır. Kaplama tamamlandı ̆gında,Spandeks elyafı iç kısımdan iletken ama dış kısımdan yalıtkan hale gelir. İki gümüş nanotel (AgNW) kaplı Spandeks elyafı birbirleriyle büküldüğünde, ortaya iç taraftan yalıtkan ama dış kısımdan iletken bir kapasitans yapısı meydana gelir. Liflerin bu konumlandırılması , lif gerildiğinde değişiklikleri tespit eden mükemmel bir kapasitif sensör sağlar. Bu kapasitif sensör, verileri aktarmak için mikro denetleyici olarak Arduino pro mini ve HM10 Bluetooth modülünü kullanan insan inhalasyon izleme sisteminde kullanılabilir. Bu uygulamanın yanında, bu gümüş nanotel (AgNW) kaplı spandeks elyaflar, esnek bir LED matrisinde kullanılabilir. Gümüş nanotellerin (AgNW) bu çalışmadaki bir başka uygulaması, Mayıs ayında halka açık alanlardan toplanan kavak liflerine dayanıyor. Kavak lifleri, liflerin uzunluğunun kullanılamayacak kadar kısa olması nedeniyle endüstride yaygın olarak kullanılmamaktadır. Böyle bir sorunun üstesinden gelmek için bu çalışma kavak liflerinin iskelet olarak, Spandex'in ise bağlayıcı olarak kullanılabileceğini göstermiştir. Kavak lifleri dip kaplama (dip coating) yöntemi ile kaplanmıştır. Kavak liflerinin gümüş ve etil alkolden oluşan çözeltide bekletilmesinin sonucunda kavak lifleri çok iletken hale gelmiştir. Dielektrik katman olarak bir Parafilm, iletken tabakalar olarak iki kavak pedinin arasına sıkıştırılır ve iletken tabakalar küçük ağırlık altında dahi olsa değişiklikleri tespit etmek için oldukça hassas hale gelir. Böyle bir sensör, akıllı ayakkabılarda kullanılabilir. Bu çalısma, bir ayakkabının altına yerleştirilen kavak pedlerinin kapasitanstaki değişime bağlı adımları tespit edebildiğini göstermiştir. Bu çalışmada Spandex ve kavak liflerinin yanı sıra, gümüş nanoteller (AgNW) yün kumaş üzerinde de uygulamasal olarak test edildi. Endüstride yaygın olarak kullanılan örme yün kumaş, önceki çalışmamızda belirttiğimiz gibi mükemmel bir yalıtkandır. Aynen kavak ağacı lifleri gibi, iki gümüş nanotel (AgNW) kaplı yüksek iletken örgülü yün kumaş arasına sıkıştırılan dielektrik katman olarak bir Parafilm kapasitif bir yapı oluşturur. Bahsi geçen kapasitif yapının üzerine uygulanan küçük bir basıncı dahi algılayabilecek nitelikte olması, gümüş nanoteller ile kaplanmış yün kumaştan olan sensörün dokunma veya basınç sensörü olarak kullanılabileceğini ortaya çıkarmaktadır. Giyilebilir elektroniklere duyulan yüksek dikkat, bu teknolojinin Nesnelerin İnterneti'nde (IoT) kullanılmasına yol açmaktadır. Nesnelerin ̇Interneti'nde (IoT) veri aktarımı, bu alandaki en önemli noktalardan biridir. Bu çalışmada ve önceki çalışmamızda belirtildiği gibi, mikro denetleyici olarak Arduino ve HM10 Bluetooth modülünün bu kapasitif sensörlerden toplanan verilerin aktarılmasında sistem olarak kullanılabileceğini göstermiş bulunmaktayız. Wearable technology is a growing field of science and is a sensor-based technology. In this sensor-based technology, there are a couple of sensor structures which are optical sensors, piezoresistive sensors, piezoelectric sensors, and capacitive sensors. In this study, capacitive sensor structures have been used because they have high sensitivity, good stability and they are simple to design. A dielectric layer sandwiched between two conductive layers creates a capacitive structure. This study handles silver nanowire (AgNW) coated textiles as the conductive layer and spandex, poplar fiber, and knitted wool fabric as the textile materials for wearable electronics applications. The method to produce silver nanowires is the Polyol method, which is environmental friendly compared to other techniques. The coating procedure for these textiles is the dip coating method because the dip-coating method requires only dips the textile into silver nanowire (AgNW) solution. Spandex fiber is widely used in industry and it is cheap. Flexible LED matrix and human inhalation monitoring system are shown in this study as the applications of silver nanowire (AgNW) coated spandex fibers. Poplar fibers are also used in this study as an application of silver nanowires (AgNWs). Poplar fibers have little usage area in the industry since the fibers are too small. Parafilm sandwiched between two silver nanowire (AgNW) coated poplar fibers provide a superior capacitive sensor to be used in smart shoes. Another application of silver nanowires (AgNWs) in this study is based on knitted wool fabric. Knitted wool fabric is also widely used in the industry just like spandex, and knitted wool fabric is a good insulator. Silver nanowire (AgNW) coated knitted wool fabric becomes highly sensitive so that it can detect the small amount of changes, which makes it suitable to be used as a touch sensor. Silver nanowire (AgNW) coated knitted wool fabric with Parafilm is placed onto the palm of the middle finger, and onto the chest of a human, and the changes in capacitance have been observed while squeezing the middle finger and the inhalation. Wearable technology became recently a new field of Internet of Things (IoT), and one of the important issues in the Internet of Things (IoT) is the data transfer. Data transfer of such systems can be provided by Arduino Pro mini as the microcontroller since it is open source and widely used. HM-10 with a connection to Arduino Pro mini can be used as the Bluetooth module to transmit and receive the data since this module is suitable to industry 4.0. 75

Tez (Yüksek Lisans) -- İstanbul Ticaret Üniversitesi -- Kaynakça var. ÖZET Yeni nesil kablosuz iletişim hizmetlerinin ve uygulamalarının hızla büyümesi nedeniyle, frekans spektrumu kaynaklarına çok dikkat edilmiştir. Sınırlı radyo spektrumu göz önüne alındığında, daha yüksek kapasite ve daha yüksek veri hızları için talebi desteklemek, mevcut radyo spektrumundan yararlanmanın yeni yollarını sunabilecek yenilikçi teknolojiler gerektiren zorlu bir görevdir. Bilişsel radyoların spektral boşlukları tanımlamasını sağlayan spektrum algılama konsepti, yeni nesil kablosuz iletişim teknolojileri ve sistemlerinde kritik bir rol oynamaktadır. Ayrıca, spektrum algılama ve dinamik spektrum erişimi ile radyo spektrumu kullanımının verimliliğini artırmak, ortaya çıkan trendlerden biridir. Bu çalışmada, sayısal modülasyonlu işaretler için derin öğrenme algoritmalarından olan CNN, CLDNN, LSTM ve ResNet mimarileri arasında spektrum sezimi verimliliği karşılaştırılması yapıldıktan sonra en iyi sonucu veren performansı gösteren algoritmanın CNN olduğu sonuçlar çerçevesinde gösterilmiştir. Daha sonra, düşük maliyeti ve düşük karmaşıklık seviyesinden dolayı spektrum sezimi uygulamaları için hâlihazırda en çok kullanılan geleneksel enerji sezici yöntemi, en iyi performansı gösteren derin öğrenme CNN yöntemi ile verimlilik analizi yapılarak karşılaştırılmıştır. Önerilen CNN mimarisinin, geleneksel enerji dedektörü yönteminden daha iyi algılama performansı sağladığı sonuçlar ışığında gösterilmiştir. Sonuç olarak, bu tezdeki araştırmalar, gürültü belirsizliğinin zorluğunu aşmak için CNN tabanlı spektrum algılama tekniklerinin geleneksel enerji sezici tekniği ile karşılaştırılmasını sunmaktadır. Anahtar Kelimeler: Artık ağ mimarisi (ResNet), bilgi işlem kütüphanesi (CLDNN), enerji sezici, evrişimsel sinir ağı (CNN), spektrum sezimi, uzun-kısa süreli bellek (LSTM). ABSTRACT Due to the ever-increasing growth of next-generation wireless communication services and applications, nowadays, the need for frequency spectrum sources is greater than ever. Considering the scarcity in limited radio spectrum, satisfying the demand for high capacity and data rates is a challenging task that requires innovative technologies that can pave new ways to utilize the existing spectrum. Spectrum sensing concept, which enables cognitive radios to identify spectral holes, plays a critical role in next-generation wireless communication technologies and systems. Moreover, enhancing the efficiency of radio spectrum allocation with the use of spectrum sensing and dynamic spectrum access is one of the very emerging trends. In this study, a comparison of deep learning algorithms, CNN, CLDNN, LSTM and ResNet architectures, are demonstrated for spectrum sensing of digitally modulated signals in terms of the accuracy and effeciency. In the light of results, it is shown that CNN is the best performing algorithm among others. Furthermore, due to its low cost and low complexity, the most commonly used traditional energy detector method is compared with CNN method for spectrum sensing applications within the framework of efficiency analysis. The results show that the proposed CNN architecture provides better detection performance than the traditional energy detector method. In conclusion, the investigations in this thesis provide a comparison of CNN based spectrum sensing techniques with traditional energy detector techniques to overcome the challenge of noise uncertainty. Keywords: Compute library for deep neural networks (CLDNN), convolutional neural network (CNN), energy detector, long short term memory (LSTM), residual network (ResNet), spectrum sensing. İÇİNDEKİLER İÇİNDEKİLER . i ÖZET . ii ABSTRACT . iii TEŞEKKÜR . iv ŞEKİLLER . v ÇİZELGELER. vi SİMGELER VE KISALTMALAR . vii 1. GİRİŞ. 1 2. LİTERATÜR ÖZETİ . 6 3. SPEKTRUM SEZİMİ . 12 3. 1. Spektrum Sezim Teknikleri . 13 4. GELENEKSEL YÖNTEMLER . 14 4. 1. Enerji Sezici . 14 4. 2. Uyumlu Filtreleme . 16 4. 3. Çevrimsel Durağan Sinyal Analizi . 17 5. YAPAY ZEKA YÖNTEMLERİ . 19 5. 1. Makine Öğrenmesi . 20 5. 1. 1. Denetimli öğrenme . 20 5. 1. 2. Yarı denetimli öğrenme . 21 5. 1. 3. Denetimsiz öğrenme . 21 5. 1. 4. Takviyeli öğrenme . 22 5. 2. Derin Öğrenme . 22 5. 2. 1. Evrişimsel sinir ağları (CNN) . 22 5. 2. 1. 1. Evrişimsel sinir ağı katmanları . 23 5. 2. 1. 1. 1. Evrişim katmanı (Convolutional layer) . 24 5. 2. 1. 1. 2. Havuzlama katmanı (Pooling layer) . 24 5. 2. 1. 1. 3. Seyreltme katmanı (Dropout layer) . 25 5. 2. 1. 1. 4. Düzleme katmanı (Flatten layer) . 26 5. 2. 1. 1. 5. Yoğun katman (Fully connected layer) . 26 5. 2. 1. 1. 6. Aktivasyon fonksiyonları (Activation functions) . 27 5. 2. 2. Derin sinir ağları için bilgi işlem kütüphanesi (CLDNN) mimarisi . 27 5. 2. 3. LSTM mimarisi . 27 5. 2. 4. ResNet mimarisi . 29 6. SİSTEM MODELİ . 30 6. 1. Spektrum Seziminde Derin Öğrenme Metotlarının Karşılaştırılması . 30 6. 1. 1. Test sonuçları . 35 6. 2. Spektrum Seziminde Enerji Sezici ve Evrişimsel Sinir Ağının (CNN) Karşılaştırılması . 37 6. 2. 1. Test sonuçları . 40 6. 3. Enerji Sezici ve CNN’in Gerçek Veriler Kullanılarak Karşılaştırılması . 43 7. SONUÇ VE ÖNERİLER . 48 KAYNAKLAR . 49 ÖZGEÇMİŞ . 53

Günümüzde uzay çalışmalarına yoğun ilgi gösterilmektedir. Bu durum haberleşme sistemleri üzerinde yapılan çalışmaların da artmasına neden olmaktadır. Özellikle RF haberleşme alanında yakın uzayda bulunan küp uydular ile ucuz ve etkili haberleşme yapılabilmektedir. Yapılan bu tez çalışmasında İTÜ tarafından tasarlanan ve geliştirilen BeEagleSat ve HAVELSAT küp uyduları ile haberleşme sağlayabilecek yazılım temelli sayısal alıcı tasarlanması hedeflenmiştir. GMSK modülasyonu ile veri iletişimi sağlayan bu küp uydulardan başarılı bir şekilde veri alabilmek için bir çok yazılım geliştirme ortamı ve donanımı arasından RTL-SDR2832U ve MATLAB'in kullanılması kararlaştırılmıştır. Yapılan senaryolarda elde edilen sonuçlara göre başarılı bir şekilde GMSK Modülasyonu tasarlanmıştır. Çalışmanın gerçek zamanlı uydu haberleşmelerinde kullanılabileceği değerlendirilmektedir. Today, there is great interest in space studies. This situation causes an increase in the work done on communication systems. Especially in the field of RF communication, it is possible to make cheap and effective communication with cube satellites in the near space. In this thesis, it was aimed to design a software based digital receiver that can communicate with BeEagleSat and HAVELSAT cube satellites designed and developed by ITU. In order to successfully receive data from these cube satellites that provide data communication with GMSK modulation, it has been decided to use RTL-SDR2832U and MATLAB among many software and hardware. GMSK Modulation has been successfully designed according to the results obtained in the scenario. It is evaluated that the work can be used in real-time satellite communications. 59

Haberleşme uydularının vazgeçilmez elemanlarından biri olan yürüyen dalgalı tüp kuvvetlendiricileri, on yıllardır askeri ve sivil sistemlerde yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Belirtilen cihazlar istenen bilgi işaretlerinin istenen bölgeye arzu edilen kuvvetlendirme isterlerine sahip genlik ve fazda gönderilmesini sağlamaktadır. Yapısında birçok alt sistem bulunan ve her bir alt sisteminin oldukça karmaşık bir yapıya sahip olduğu bu cihazlar sadece haberleşme uydularında değil aynı zamanda radar ve elektronik harp sistemlerinde de geniş ölçüde kullanılmaktadır. Yürüyen dalgalı tüplerin çalışma mekanizmasındaki en önemli bileşenlerinden biri de yavaş dalgalı yapı düzenidir. Bu düzen içerisinde kullanılan periyodik yavaş dalga devresi olarak, çalışma isterlerine göre değişiklik göstermekle beraber, geniş band gerektiren uygulamalar için çoğunlukla helis tipinde devreler tercih edilmektedir. Bu tipteki devrelerin dispersiyon karakteristikleri, farklı formdaki dielektrik ve metal segment yüklemeleri ile kontrol edilebilmektedir. Arzu edilen frekans karakteristiğinin korunması açısından helisli yavaş dalgalı yapıların simetrik biçimde yüklenmesi oldukça önemlidir. Aksi durumda, belirtilen yükleme işlemleri sırasında malzeme özellikleri ve açısal yerleşimlerin farklılıklarından dolayı asimetrik yükleme durumları oluşabilmektedir. Oluşan asimetri sebebi ile, belirtilen yapıların pi-noktası frekansı civarında durdurma bandı oluşabilmektedir. Bu durum, band ucu osilasyonlarına ve band içi güç boşluklarının oluşmasına yol açmaktadır. Bu sebeple, belirtilen helisli yavaş dalgalı yapıların pi-noktası frekansı ve durdurma bandı analizleri ile amaca uygun pi-noktası frekansı ve durdurma bandı tasarımları oldukça önemli bir durum haline gelmektedir. Asimetrik yüklü helisli yavaş dalgalı yapıların pi-noktası frekansı ve durdurma bandlarının belirlenmesi için literatüre, tezden üretilen ve özgün yardımcı fonksiyonlar kazandırılmıştır. Önerilen yeni yöntem, farklı tipteki simetrik/asimetrik birim hücreli periyodik yapıların iletim/durdurma band bölgelerinin belirlenmesinde de kullanılabilmektedir. Bu bağlamda, belirtilen kapsamlı yöntem, dikdörtgen dalgakılavuzlarında ve fotonik kristallerde başarı ile uygulanmıştır. Ele alınan örneklerde, önerilen yeni yönteme ait sonuçlar, literatür ve lisanslı elektromagnetik benzetim programlarına ait sonuçlar ile doğrulanmıştır ve uyumlu sonuçlar elde edilmiştir. Tek Floquet modlu özdeğer denklemine band ucu koşullarının zorlanmasıyla yeniden formüle edilmiş ve ilk olarak asimetrik/simetrik birim hücreli helisli yavaş dalgalı yapıların pi-noktası ve durdurma bandlarının belirlenmesinde kullanılan yeni bir bilimsel yöntem önerilmiştir. Mümkün olabilen tüm asimetrik durumlar sırasıyla dielektrik yüklü, dielektrik ve metal segment yüklü helisli yavaş dalgalı yapılar için analiz edilmiştir. Ele alınan örneklerde uygulanan yeniden formüle edilmiş yöntem ile elde edilen sonuçlar, literatür sonuçları ile doğrulanmıştır ve tutarlı sonuçlar elde edildiği gözlenmiştir.Amaca uygun pi-noktası frekansının belirlenmesi ve pi-noktası frekansı civarındaki durdurma bandlarının tasarımı için basit ve oldukça hızlı bir tasarım prosedürü önerilmiştir. Önerilen tasarım prosedürü için literatürde mevcut farklı parametre değerlerine sahip dikdörtgen ve dairesel dielektrik yüklü helisli yavaş dalgalı yapılar ele alınmıştır. Önerilen yöntemler ile elde edilen sonuçlar, literatür ve lisanslı elektromagnetik benzetim ortamı sonuçları ile doğrulanmıştır ve uyumlu sonuçlar elde edilmiştir. Genişbandlı yürüyen dalgalı tüplerde kullanılan helisli yavaş dalgalı yapıların dispersiyon karakteristiklerinin belirlenmesinde hızlı ve etkili bir yöntem önerilmiştir. Belirtilen yöntem tek Floquet moduna ait özdeğer denkleminin çözümüne dayanmaktadır. Literatürde mevcut dikdörtgen, dairesel, T-çubuk ve dielektrik & metal segment yüklü helisli yavaş dalgalı yapıların dispersiyon karakteristikleri belirtilen yöntem kullanılarak elde edilmiştir. Ele alınan problemlerde önerilen yöntem ile elde edilen sonuçlar; literatürde mevcut deneysel, alan analizi sonuçları ve lisanslı elektromagnetik benzetim sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Önerilen yöntemin görece düz dispersiyon karakteristiğine sahip helisli yavaş dalgalı yapılarda daha uyumlu sonuçlar verdiği görülmüştür. Sources of power are considerably required for design specifications of some applications such as radio and television boradcasting, microwave heating. Vacuum electron devices such as klystrons, magnetrons and traveling wave tubes are the most useful systems in order to overcome this problem. Invention of these devices can be ranging to the Second World War. The idea of interaction between electron beam and RF electromagnetic wave gave acceleration to development of vacuum electron devices especially traveling wave tubes. Traveling wave tube amplifiers which are one of indispensable devices of communication satellites are widely used in military and civil systems for decades. Indicated devices provide sending required information signals to required region with their appropriate amplifying specifications. These devices are not only widely used communication satellites but also radar and electronic warfare systems and consist of five main sections which are called electron gun, slow-wave structure, RF input/output couplers, focusing structure and collector. Electron gun generates and forms an electron beam as uniform as possible in order to send it into the slow-wave structure block. Slow-wave structure consists of a slow-wave circuit with symmetric placement dielectric materials in order to support it. Interaction between electron beam and RF electromagnetic wave takes place in this block. RF signals can be driven by using RF input/output couplers with matched impedance. Focusing structure has a confining role for electron beam in order to provide uniformity of it and not to touch helix slow-wave structure along the interaction region. Collector block has absorption and power recovery roles in order to collect spent electron beam which has residual electron energy and improve efficiency of traveling wave tubes. These devices can operate from frequencies under 1GHz to over 100 GHz. Capabilities of power production changes from watts to megawatts. Bandwidth of traveling wave tubes depends on electron beam properties and dispersion characteristics of slow-wave structures.Slow-wave structure system is one of the most important components of the traveling wave tubes operation mechanism. Selection of periodic slow-wave circuit which is used in these systems, which depends on operation specifications, is generally helix type circuits for broadband applications. Dispersion characteristics of such types of circuits are controlled by loading with different forms of dielectric and metal segment configurations. Symmetrically loading of helix slow-wave structures is quite important in terms of acquiring proposed design objectives. Otherwise, asymmetrically loading cases can be revealed due to differences of material properties and angular placements during indicated loading processes. Stopband behavior can be occurred near the pi-point frequency of these structures due to existence of these asymmetries. These cases result in band edge oscillations and in-band power-holes in related helix traveling wave tubes. Occuring these issues restricts power capability of the traveling wave tubes. For this reason, analyses of pi-point frequency and stopbands of indicated helix slow-wave structures become a quite important case for traveling wave tubes. Auxiliary functions of generalized scattering matrix method (AFGSM) produced from PhD studies are brought into open literature for determination of pi-point frequency and stopbands of asymmetrically loaded helix slow-wave structures. This original method is based on the analysis of stored complex power in the unicell of a periodic structure. Symmetric unit cell assumption of the periodic structure is removed by obtaining this novel method. Hence, this proposed method has comprehensive approach with applicability to both symmetric and asymmetric unit cell configuration of the periodic structures. Proposed novel method can also be used for determination of passband/stopband regions of different types of periodic structures with asymmetric/symmetric unit cell configuration. In this context, indicated comprehensive method is successfully applied to periodically dielectric loaded rectangular waveguides and photonic crystals. Ladder circuit representation for single turn helix model of related helix slow wave structure is used in order to obtain generalized scattering matrix of helix unit cell configuration. Results from the proposed method are validated with results of literature and commercial electromagnetic simulation programs in considering examples and good agreement results are obtained. It is indicated that proposed auxiliary functions of generalized scattering matrix method is quite fast and simple to the other solutions methods.A novel auxiliary functions of generalized scattering matrix method is proposed in order to determine pi-point frequency and stopbands of asymmetrically loaded helix slow-wave structures. Indicated original method is reformulated by enforcing band edge conditions into eigenvalue equation of single Floquet mode and successfully applied to determine pi-point frequency and stopbands of symmetric/asymmetric helix slow-wave structures. In order to test the validity of this reformulated method, related single turn helix is modeled as a ladder circuit at the pi-point frequency. All possible asymmetric cases such as angular offset of the rods, variations of support rod permittivity values and widths, angular offset of metal segments, variations in gap between helix to segment and segment width are analyzed for dielectric and dielectric & metal segment loaded helix slow-wave structures, respectively. Results obtained from applied reformulated method are validated with open literature and consistent results are observed. A simple and extremely fast design procedure are proposed for determination of pi-point frequency of helix slow-wave structures and design of stopbands near the pi-point frequency of asymmetrically loaded helix slow wave structures. Rectangular and circular dielectric loaded helix slow-wave structures which are available in open literature are considered for proposed design procedure. Each interested helix slow-wave structure is modeled as ladder circuit with its single turn approach. Results obtained from the proposed methods are validated with results from open literature and commercial electromagnetic simulation environment and good agreement are acquired. The results show that proposed design procedure is fast and simple to the other solution methods such as coupled mode analysis and commercial electromagnetic simulation program.A fast and efficient method is proposed for determination of dispersion characteristics of helix slow-wave structures for broadband traveling wave tubes. Indicated method is based on the solution of eigenvalue equation of given periodic structure. Dispersion characteristics of rectangular, circular, T-shaped rod and dielectric & metal segment loaded helix slow-wave structures, which are in open literature, are obtained by using proposed method. Indicated helix slow-wave structures are represented as ladder circuit which can be obtained by slitting helix tape at the outer helix radius along the direction normal to the helix winding direction and flattening it out. Results obtained from the proposed method are compared with experiment, field analysis results which are available in open literature and commercial electromagnetic simulation program for related problem. Percent error and average error calculations are performed between proposed method and other solutions such as field analysis, experiment and electromagnetic design environment. It is seen that proposed method gives more compatible results in helix slow-wave structures which has relatively flat dispersion characteristics. 138

Mikro-elektro-mekanik sistemler (MEMS) birçok teknolojik yenilikte önemli bir bileşendir. MEMS üretim teknolojisi, seri üretim yöntemlerini yüksek hassasiyetle uygulama ve optik bileşenlere çok çeşitli optik işlevler ekleme yeteneği sunar. Çalıştırma ve tarama mekanizmaları, opto-medikal görüntüleme sistemlerinde önemli rol oynamaktadır. Mikro aynalar, büyük sapma açıları ve mükemmel doğrusallık elde etmek için, elektromanyetik aktüatörler kullanan mikroelektromekanik sistemler (MEMS) ile geliştirilmiştir. MEMS'in yüksek sıcaklıklara veya neme, şoklara veya titreşimlere maruz kaldığında sert çevre koşullarında işlevini yapması beklenir. Ekonomik uygulamaların yanı sıra insan sağlığını ve yaşamını etkileyen biyomedikal uygulamalarda MEMS'in güvenilir şekilde çalışması büyük önem taşımaktadır. Bununla birlikte, uygulama aşamasına geçmeden önce optimum performans elde etmek için yaşam döngüsü, tarama açısı, malzeme özellikleri, çalışma aralıkları ve güç tüketimi gibi diğer temel prensipleri anlamak önemlidir.Sensör ve eyleyici cihazlarının imalatında hali hazırda kullanılmakta olan, 3 Boyutlu yazıcı ile baskı, düşük maliyetli, yüksek verimli ve yüksek hızlı bir üretim tekniğidir. Dinamik 3B baskı ile aktüatörlerin gelişmesiyle birlikte, güvenilirlik, değişkenlik ve yorgunluğun araştırılması çok önemli bir konu haline geldi.Bu tez, MEMS'in mekanik özellikleri üzerinde döngü testine bağlı değişimin anlaşılmasını amaçlamaktadır. Bu neden ile 10 x 10 mm2 boyutta 3B baskı ile poliamid tabanlı lazer tarama elektromanyetik eyleyiciler üretilerek döngüsel teste tabi tutuldu. Bu örnekler için rezonans yorgunluk testleri, rezonans genlik aralığı değiştirilerek elde edildi. Test edilen eyleyiciler, MEMS emsallerine göre kompakt boyut ve yüksek tarama açıları sunar. N=15 tane tarayıcı 40-80 ° aralığında 5 farklı toplam optik tarama açısında test edildi ve kullanım ömürlerini (up to 108 cycles ≈ 10), tarama açıları ve mekanik rezonanslarındaki değişkenliği gözlemledik. Tüm çıktılar dikkate alındığında, 3D baskılı poliamid eyleyiciler, tek kullanımlık opto-tıbbi görüntüleme ünitelerinde kısa süreli kullanım için düşük maliyetli alternatif olarak gelecek vaat etmektedir. Micro-electro-mechanical systems (MEMS) are a significant component in many technological innovations. MEMS manufacturing technology offers the ability to apply mass production methods with high precision and the ability to add a wide range of optical functionality to optical components. Actuation and scanning mechanisms have played important roles in Opto-medical imaging systems. Micromirrors have been developed with microelectromechanical systems (MEMS) using electromagnetic actuators to obtain great deflection angles and excellent linearity. MEMS is expected to perform its functions under harsh environmental conditions when exposed to high temperatures or moisture, shocks or vibrations. Reliable operation of MEMS is of great importance in biomedical application affecting human health and life besides the in economic applications. Nonetheless, it is important to understand other basic principles such as the life cycle, scanning angle, material properties, working intervals and power consumption to achieve optimum performance before proceeding to the implementation phase.3D printing is a rapidly emerging low-cost, high-yield and high-speed manufacturing technique that has already been utilized in fabricating sensor and actuator devices. With the development of dynamic 3D-printed actuators, reliability, variability and fatigue have become crucial aspects to investigate.This thesis was aimed at deepening the understanding of micro scanner cycling test and related effects on the mechanical properties of MEMS. Therefore, we investigate the cyclic fatigue for 10 x 10 mm2 sized 3D printed polyamide based laser scanning electromagnetic actuators. Resonant fatigue tests were carried out for these specimens by changing the amplitude range of resonance. The tested actuators offer compact size and high-scan angles, comparable to their MEMS counterparts. We've tested N=15 devices, at 5 different total optical scan angles between 40-80 ° degrees and observed their lifetimes (up to 108 cycles ≈ 10) as well as the variability in their scan angle and mechanical resonance. With an all things considered, 3D printed polymeric actuators are promising low-cost alternatives for short-term use in disposable Opto-medical imaging units. 63

Geçtiğimiz son 20 yılda, çok geniş ölçekli tümleştirme teknolojisinde(Very large scale integration-VLSI) katedilen gelişmeler sayesinde birçok analog ve sayısal devre bloğu aynı kırmık üzerinde gerçeklenebilmektedir. Bununla birlikte, alan etkili transistörlerin kanal boylarının gittikçe küçülmesi, devrelerin kırmık üzerinde kapladığı alanların da giderek küçülmesine olanak sağlamıştır. Bu iki gelişme VLSI teknolojisinin uygulama alanları açısından önemli sonuçlar doğurmuştur. İlk olarak, çok karmaşık işlemleri yapabilen bloklar tek bir yonga üzerinde gerçekleştirilerek yekpare bir çözüm sunulabilmektedir. Bilindiği üzere, fiziksel dünya ile iletişim arayüzü görevini analog devreler gerçekleştirmektedir. Çipin çalışması için gerekli besleme gerilimlerini ve akımlarını üreten regülatör, referans üreticiler vb. bloklar da analog devre yapıları kullanılarak tasarlanır. Analog devrelerin bu önemli görevine karşın sayısal devreler de yüksek hesaplama gücüne sahiptir. Bu nedenle analog işaretleri sayısala çevirip sayısal devrelerin hesaplama gücünden yararlanmak büyük avantaj sağlar. VLSI teknolojisinin sunduğu bu iki devre bloğunu aynı yonga üzerinde gerçekleştirme imkânı tasarlanan yongaların işlevselliğini ve performansını çok büyük oranda arttırmıştır. Kanal boylarının gittikçe küçülmesinin getirdiği ikinci avantaj ise düşük gerilimlerde çalışabilme imkânıdır. Kanal boyları ile birlikte, elektrik alanı kanal boyunca sabit tutabilmek için uygulanan besleme gerilimleri de gittikçe düşmektedir. Böylece çok düşük gerilimlerde çalışma olanağı sağlanırken ayrıca güç tüketimi de azaltılmaktadır. Ayrıca kanal boyu küçüldükçe çalışma frekansları artmakta ve sonuç olarak RF devreler de aynı yonga üzerinde gerçeklenebilmektedir.Düşük gerilimlerle çalışabilme özelliği sayesinde yongalar enerji hasatlama uygulamaları açısından kullanışlı hâle gelmiştir. RF işaretler, piezoelektrik materyaller, termoelektrik maddeler gibi kaynakların ürettiği çok düşük gerilim seviyeleri yükseltilerek başka blokların çalışması için gerekli enerji hasatlanabilmektedir. Bu özellik, oldukça küçük yongaların üretilebilmesi özelliği ile birleştiğinde, vücut içine yerleştirilebilen tıbbi uygulamalar için çok uygun bir uygulama alanı sağlamaktadır. Şüphesiz bu kaynaklar içinde en uygun olanı RF işaretidir. Vücut içerisine gönderilen işaret kablosuz enerji iletimi sayesinde yonganın beslenmesini sağlayarak gerekli işlemi yapmaya olanak tanır. Vücut içerisindeki doku ve hücrelere zarar vermemek için, aktarılacak güç seviyesi düşük olmak zorundadır. Ayrıca gönderilen dalga dokularda sönümlenip yansıyarak gücünü kaybetmektedir. Bu nedenle özellikle vücudun iç bölgelerine yerleştirilecek bir implant çok küçük gerilim seviyeleriyle çalışmalı ve düşük güç tüketimine sahip olmalıdır.Yonga içerisindeki blokların fonksiyonlarını düzgün bir biçimde gerçekleştirebilmesi ancak yeterli besleme gerilimlerinde çalışması ile mümkün olmaktadır. Yeni nesil teknolojilerde her ne kadar besleme gerilimleri küçülmüş olsa da hasatlama sonucunda elde edilen gerilimler yaklaşık olarak transistörlerin eşik gerilimleri mertebesinde olmaktadır. Bu durum, gerilimlerin fonksiyonel blokları beslemeden önce yükseltilmesi gerekliliğini ortaya çıkarmaktadır. Bu işlemi gerçekleştirmek için DC-DC ya da RF-DC gerilim yükselticiler kullanılmaktadır. RF-DC gerilim dönüştürücülerin DC-DC dönüştürücülerden farkı, öncelikle işareti doğrultarak DC işarete çevirmesidir. Sonuç olarak her iki durumda da DC işaret seviyesi verimli bir şekilde yükseltilmelidir. Bu görevi yerine getirebilen bilinen en iyi devre anahtarlamalı gerilim dönüştürücüleridir. Bu devreler endüktansta depolanan enerjinin anahtarlamalı bir şekilde yüke aktarılması prensibine dayanmaktadır. Bu sayede çok yüksek verimler elde edilebilmektedir. Bu devrelerin endüktans elemanını kullanmaları tümleştirme işlemine uygun olmamalarına sebep olmaktadır. Endüktansın kırmık içerisinde çok yer kaplaması ve parazitik elemanlar sebebiyle kırmık dışı endüktans kullanımı performans açısından daha uygundur. Ancak endüktans boyutları yongadan daha büyük olacaktır ve endüktansın manyetik bir eleman olması dış etkilerden etkilenebilmesi olasılığını doğuracaktır. Bunların dışında endüktif gerilim yükselticilerin önemli bir problemi de ilk başlama için anlık yüksek bir gerilime ihtiyaç duymalarıdır. Devreyi çok düşük gerilimler ile başlatabilmek için ek yardımcı devreler zorunludur. İşte bütün bu dezavantajlar, anahtarlamalı endüktif gerilim dönüştürücülerin biyoimplant uygulamalarında kullanılmalarını zorlaştırmaktadır.Gerilim dönüştürücüler için bir diğer alternatif kapasitif anahtarlamalı devrelerdir. Bu devreler yük pompası olarak adlandırılmaktadır ve ilk olarak diyotlar ve kapasitelerle gerçekleştirilmiştir. Ayrıca ideal olarak giriş gerilimini 2'ye katladığı için gerilim ikileyici olarak da isimlendirilir. Bu devrelerin kaskat bağlanması ile teorik olarak giriş geriliminin tam sayı katlarında yükseltme işlemi yapılabilmektedir. VLSI teknolojisindeki gelişmeler ile birlikte bu yapıya ait devre topolojisi de değişmiş ve diyotların yerini anahtarlama için kullanılan MOS transistörler almıştır. MOS transistör kullanılarak gerçekleştirilen en bilindik devre topolojisi çapraz bağlı devredir. Bu devre CMOS proseste kapasitif gerilim yükseltici olarak kullanılmaya en büyük adaydır.Endüktif anahtarlamalı yükselticiler giriş gerilimindeki ve yük akımındaki değişikliklere karşı çıkış gerilimini sabit tutmak için geribesleme mekanizması kullanırlar. Darbe genişlik modülasyonunu kullanarak, değişikliklere bağlı olarak anahtarın açık/kapalı olma süresini ayarlayıp çıkış gerilimini regüle ederler. Bu özellik yük pompası temelli devrelerde bulunmamaktadır. Yalnızca giriş gerilimine bağlı olarak kaskat bağlı bazı katlar devre dışı bırakılarak çıkışın belirli aralıklar içerisinde kalması sağlanabilir. Ek olarak bu devrelerde çıkış akımının yüksek olması için çıkışta kullanılacak kapasite elemanının da büyük olması gerekir. Kullanılacak pasif devre elemanının çok büyük olması endüktif yükselticilerin bu uygulamalarda tercih edilmemesinin sebeplerinden biridir. Bu nedenle çıkış kapasitesi büyütülerek yük pompası devresinden sağlanacak fayda azaltılmamalıdır.Bütün bu karşılaştırmalar ışığında, yük pompası tabanlı yükseltici biyoimplant uygulamaları için uygun bir yapı olarak değerlendirilebilir. Bu tür uygulamalar çok düşük gerilimler ile çalışabilmeli ve çok küçük alan kaplamalıdır. Yük pompaları için endüktif anahtarlamalı yükselticilerdeki gibi ilk başlangıç sorunu olmamaktadır. Ayrıca biyoimplant uygulamaları düşük güç tüketimli olduğu için çıkışta büyük bir depolama kapasitesi kullanma gereği ortadan kalkar ve küçük kırmık üzerinde gerçekleştirilebilir. Çıkışta kullanılacak alçak gerilim düşümlü bir regülatör ile de çıkış regülasyonu sağlanabilir. Verimi düşük olmasına rağmen analog/RF bloklar ile dijital bloklar arasında yalıtım sağlayarak daha temiz bir besleme gerilimi verir.Çapraz bağlı gerilim ikileyici devre biyoimplant uygulamalarında güç yönetimi devresi için gerilimi yükseltmek için kullanılabilir. Devre topolojisi 2 fazlı bir saat işareti ile sürülebilir. Saat işaretinin evriği de ikinci faz olarak kullanılabilmektedir ancak bu durumda çıkışa aktarılan yükün bir kısmı saat geçişi sırasında ters yönde akarak aktarılan yükü geri boşaltmaktadır. Bu sebeple devrenin verimi ve gerilim dönüştürme oranı düşmekte, çıkış geriliminin yükseltilme süresi uzamaktadır. Daha avantajlı bir teknik örtüşmeyen saat işaretleri kullanmaktır. Bu sayede saat geçişlerindeki kayıplardan kurtulmak mümkün olur. Buna rağmen devre topolojisinin başka bir dezavantajı vardır. Anahtar olarak kullanılan transistörleri açmak için geçit bağlantıları yükseltilen kapasite gerilimine bağlanmaktadır. Çıkışa yük aktarımı sırasında çıkıştaki anahtarların etkin geçit-kaynak gerilimi düşeceği için zamanla anahtarın direnci artar. Bir süre sonra yük aktarımı durur. Bu durum zıt fazdaki anahtarlar için de geçerlidir. Zıt fazda kapasite giriş gerilimine kadar doldurulur ve yükseltilmeye hazır hâle gelir. Bu süre zarfında da diğer anahtarların etkin geçit-kaynak gerilimi düşmektedir. Çapraz bağlı topolojinin bir başka bir problemi de anahtarların geçitlerinin yükseltme kapasitelerine bağlanmasıdır. Yükseltme kapasitelerine eklenen bu ek kapasite, kapasitif gerilim bölücü oluşturarak yükseltme gerilimini düşürür. Ancak yükseltme kapasiteleri, transistörlerin geçit kapasiteleri yanında çok büyük seçilirse bu etki azalır. Buna rağmen bu problemin, gerilim dönüştürme verimini bir miktar düşüreceği aşikârdır.Bu çalışmada çapraz bağlı yük pompası topolojisi temel alınarak, anlatılan bütün bu dezavantajları ortadan kaldıracak teknikler kullanılıp düşük giriş gerilimleri ile çalışabilen güç yönetimi tümdevresi tasarlanmıştır. Anahtar olarak kullanılan transistörlerin geçitleri yardımcı yük pompları ile sürülerek yük aktarımı sırasında daha önce bahsedilen sürüş kabiliyetinin azalması sorununu çözer. Kullanılacak olan yardımcı yük pompaları sadece anahtarların geçitlerini, dolayısıyla çok büyük olmayan kapasitif yükleri süreceklerinden toplam verime negatif etkisi çok küçük olmaktadır. Ayrıca transistörlerin geçitlerindeki parazitik kapasite bir defa doldurulduktan sonra sadece kaçak akımları nedeniyle boşalır. Kaçak akımları çok küçük olduğu için bu kapasitelerin tekrar tekrar dolup boşalma durumu ortadan kalkar ve gereksiz güç harcanmasının önüne geçilir. Hatırlanacak olursa çapraz bağlı devrede geçitler, yük aktarımının gerçekleştiği ara düğüme bağlı olduğu için buradaki parazitik kapasiteler de boşalmakta ve tekrar doldurulması gerekmektedir. Ek yük pompası kullanılarak bu sorunun önüne geçilir ve büyük fayda sağlanır. Bu yöntem ayrıca kapasitelerin daha hızlı doldurulmasına ve daha hızlı yük aktarılmasının gerçekleştirilmesine olanak sağlar. Düşük giriş gerilimlerinde anahtarlar eşik-altı gerilimlerde çalışmak zorunda kalır ve yük aktarımı yavaşlar. Bu tekniğin kullanılması özellikle bu sebepten oldukça önemlidir.Çalışmada kullanılan bir diğer teknik de yardımcı yük pompalarını sürmek için farklı fazlarda saat işaretleri kullanılmasıdır. Saat geçişleri sırasında MOS transistörler anlık olarak yön değiştirmekte (savak ile kaynak uçları yer değiştirmekte) ve bu da kısa bir süreliğine de olsa yükün ters yöne tekrar akmasına sebep olmaktadır. Bunun sonucunda hem yük kaybedildiği için gerilim dönüştürme verimi düşmekte hem de güç kaybı yaşanmaktadır. Bu tipteki kayıp devrenin verimini oldukça düşürür. Bu sorunu gidermek için çeşitli örtüşen ve örtüşmeyen saat işaretleri kullanılmış ve yardımcı yük pompaları bu işaretler ile uygun şekilde sürülmüştür. Böylece yüksek gerilim dönüştürme verimi elde edilebilmiştir.Yukarıda anlatılan teknikler kullanılarak tasarlanan yüksek gerilim dönüştürme oranına sahip yük pompası gerilim yükseltme devresi, güç yönetimi tümdevresinin temel bloğunu oluşturmaktadır ve çıkıştaki kapasiteyi doldurur. Bu kapasite geçici bir süre için batarya görevi görmekte de alçak gerilim düşümlü regülatörlerin çalışmasını sağlamaktadır. Böylece sistem çıkış kapasitesini belirli bir değere kadar doldurur ve çalışmasını duraklatır. Bundan sonra regülatörler başka bloklara sabit ve temiz bir besleme gerilimi sağlar. Bu aşamada çıkış kapasitesi zamanla boşalmaktadır ve regülatörlerin çalışabileceği minimum değere düşene kadar diğer blokların işlemini bitirmesi beklenir. Ardından çıkış kapasitesi tekrar doldurularak operasyon periyodik olarak devam eder. Sistemin geri kalan blokları bu operasyonun düzgünce gerçekleştirilebilmesi için gereken kontrol bloklarıdır. Giriş geriliminin değişken yapısı nedeniyle yük pompası bloğu çok katlı olarak tasarlanmıştır ve bu katlardan bazıları çıkış geriliminin 2.5 V'un üzerine çıkmaması için köprülenmektedir. Sistemde hangi katların köprülenmesi gerektiğini, giriş gerilimine göre değerlendiren bir kontrol bloğu bulunmaktadır. Bunun dışında, çıkış kapasitesi belirli bir gerilime kadar doldurulduğunda beklemeye alan ve regülatörleri başlatan; regülatörlerin beslediği bloklardan işlemin tamamlandığına dair gelen işaret ile çıkış kapasitesini doldurmaya tekrar başlanmasını sağlayan bir kontrol bloğu daha sistemin istendiği gibi çalışması için tasarlanmıştır. Serim sonrası benzetim sonuçlarına göre yük pompası yükseltici devre minimum 250 mV mertebesindeki giriş gerilimleri ile çalışabilmekte, maksimum %97 civarında gerilim dönüştürme verimi sağlamaktadır. Ayrıca tüm giriş gerilimi aralığı için gerilim dönüştürme verimi %90'ın üzerindedir.Bu isterleri sağlayan yük pompası, kontrol blokları ile birlikte kullanılarak biyoimplant uygulamaları için uygun bir güç yönetimi tümdevresi, 40 nm CMOS LP proses kullanılarak tasarlanmış ve çalışması benzetim sonuçları ile doğrulanmıştır. For last 20 years VLSI technology has continued to impact various fields of science and technology. From consumer electronics to military applications, chip technology constitutes essential part of the devices. However one field is affected by miniaturization feature of the VLSI technology. This field is implantable biomedical devices or bioimplants, shortly. Low power demand of bioimplants makes chip technology a preferable candidate for designing inside body devices. Additionally energy harvesting applications provide very promising alternative way of supplying power to the chips. Bulky, large batteries are not feasible for inside body devices but wireless power transfer eliminates the use of such large area occupying power sources. Also this property provides opportunity to implant biochips everywhere inside the body because biochips are generally very small devices.Main problem with wireless power transfer into the body is low power level transmission. To avoid the tissues inside body from vital damages, transferred power level is low. Besides, due to the reflections and absorptions, arrived power signal to the chip has very low voltage level. Therefore, bioimplant chips have to work or at least start to work with such low voltage levels. Since it is hard to operate all the circuits with low voltages, boosting input voltage levels to much higher voltages and then supplying other circuit blocks from this multiplied voltage is a reasonable method. Charge pump based voltage multiplier is appropriate for low voltage, low area bioimplants. Inductive switching boost converters uses bulky inductance and they suffer from startup problem with low voltage levels. Therefore charge pump based voltage multipliers suit better for bioimplant applications despite having lower efficiency as compared to the inductive boost converters. For target application in this work, an off-chip 100 nF capacitor is used. Voltage multiplier charges this output capacitor up to predetermined voltage level and after that it pauses its pumping operation. Then, LDO regulators start to work and capacitor serves as a battery during this phase. LDOs supply constant and clean voltage to other circuitry as battery capacitor is discharging. Circuit blocks supplied by LDOs are expected to complete their operations before voltage on the capacitor drops to the level at which LDOs are not able to regulate. For a LDO, this voltage is a dropout voltage larger than the LDO's output voltage and dropout voltage is generally 50-100 mV. After circuit blocks finish their tasks, a flag is sent to the power management block; it stops the LDOs and starts to re-charge output capacitor. This cycle continues as long as input voltage is present.In this work, high voltage conversion efficiency charge pump based power management integrated circuit for bioimplant applications is designed using 40 nm CMOS LP process and verified with simulations. This chip is powered by RF signal and it harvests power and rectifies RF signal to the DC voltage. Charge pump circuit operates as low as 250 mV input voltage. System is reconfigurable which means that some stages are bypassed based on input voltage level so that target output voltage level is reached using minimum number of stages. In this way system optimizes its operation without consuming redundant power. Also utilizing additional charge transfer enhancement techniques, it has maximum voltage conversion efficiency of about 97%. 81

Bu tezde frekansı yeniden yapılandırılabilir, LTE 1.8 GHz, 2.1 GHz, 2.6 GHz; WLAN 2.4 GHz, 5 GHz frekans bantlarında çalışabilen; 3.5 GHz - 6.5 GHz ultra geniş bant uygulamalarında da kullanılabilen; kablosuz sistemler için yeni bir anten tasarlanmıştır. Elektronik anahtarlama mekanizmalarından biri olan PIN diyotlar yeniden yapılandırma teknolojisini uygulamak için seçilmiştir. Antenin benzetim ve analizleri için CST elektromagnetik yazılımı kullanılmıştır. LTE ve WiFi hizmetleri mobil dolaşım içeren uygulamalar olduğu için yönlendiriciliği düşük bir anten yapısı kullanılmıştır. Ayrıca frekansın yeniden yapılandırılması için çoklu bant destekleyen bir anten yapısı seçilmiştir. Bu sebeplerle kullanım alanlarına ve amaca bağlı olarak yeni özgün bir mikroşerit monopol anten gerçeklenmiştir. Önerilen antenin ihtiyaca göre hücresel ağlar ile WiFi arasında seçim yapabilmesi, PIN diyotların açılıp kapanması ile mümkün kılınmıştır. Bu tasarımın en önemli avantajı; düşük profilli ve hafif olmasıdır. Ek olarak, önerilen geniş bantlı anten yapısının üretim maliyeti düşüktür ve kablosuz sistemlere entegre edilmesi kolaydır. A novel frequency reconfigurable multiband antenna is proposed in this work for wireless mobile implementations. Presented antenna has 4 main modes which covers 1.6 GHz to 3.4 GHz for LTE Bands, only 2.4 GHz for Bluetooth, dual 2.4 GHz and 5.2 GHz to 5.8 GHz for WiFi and UWB 3.5 GHz to 6.5 GHz applications which also includes only 5 GHz for WLAN 802.11 a/b/g/n. The reconfiguration is achieved with the help of three PIN diodes. Designed antenna structure has 50 mm x 60 mm dimensions which is suitable for tablets and laptops. Antennas for mobile communication systems should have a low directivity because the signal can come from any direction, and the antenna should pick it up. Since LTE and WiFi services are mobile roaming applications, an antenna structure with low directivity has to be used. In addition, due to frequency diversity, the antenna to be constructed should be selected as multiband supporting structure. For these reasons, microstrip monopole antenna is chosen suitable. The designed antenna is intended to operate in LTE 1.8 GHz, 2.1 GHz, 2.6 GHz and WLAN 2.4 GHz, 5 GHz bands and to be used in UWB applications, it is desired to choose between cellular networks and WiFi upon request. This selection is made possible by switching the PIN diodes on and off. The proposed reconfigurable antenna is designed and optimized with CST Studio Suite. Proposed antenna is also bandwidth configurable by using monopole antenna arms with different placement and number. Monopole arms are used to achieve from bandwidth of 16.35 % to 72 %. This study presents ultra wide bandwidth frequency switching antenna structure by using monopole arms as stub capacitance, rather than narrow bandwidth structures in literature. The main advantage of this design is that, it is having low profile, light weight, and easy to fabricate. In addition, the structure of the proposed antenna is very simple, low cost and easy to integrate in wireless systems. 85

Bu tezde, sayıları ve çeşitleri hızla artan telsiz iletişim kullanıcıları ve uygulamaları nedeniyle, gelecek nesil telsiz iletişim sistemlerine yönelik olarak ortaya çıkan teknik gereksinimleri karşılamak üzere yenilikçi fiziksel katman teknikleri üzerinde çalışılmıştır. Bu gereksinimlere yönelik olarak önemli avantajlara sahip çok taşıyıcılı ortogonal olmayan dalga biçimleri araştırılmıştır. Bu dalga biçimleri içerisinde öne çıkan Genelleştirilmiş Frekans Bölmeli Çoğullama yapısının ortogonal olmaması nedeniyle verici ve alıcı yapılarında karşılaşılan problemlere çözümler oluşturmak üzere çalışılmıştır. Bu bağlamda Genelleştirilmiş Frekans Bölmeli Çoğullama yapısının, sağladığı spektral verimliliği nedeniyle öne çıkan çok girişli çok çıkışlı iletim, spektral ve enerji verimliliği nedeniyle öne çıkan indis modülasyonu iletim teknikleri ile etkin ve verimli bir şekilde birleştirilmesi konusu derinlemesine ele alınmıştır. Yeni verici-alıcı yapıları önerilmişve bu yapılar, enerji verimliliği, spektral verimlilik, işlemsel karmaşıklık ve hata başarımları açılarından ele alınıp optimize edilmiştir. In this thesis, the combination of MIMO and IM techniques with GFDM has been investigated and novel transceiver structures have been introduced. These transceiver structures has been optimized in terms of energy, spectral and computational efficiency. In the first stage of the thesis, the combination of the IM technique with GFDM is investigated. In the second stage of the thesis, the integration of GFDM with space and frequency IM (SFIM) techniques is discussed in detail and a framework for the combination of GFDM with IM concept is presented. In the third stage of the thesis, a novel MIMO-GFDM scheme, which combines spatial multiplexing (SMX), GFDM and IM, is proposed in order to provide an efficient transmission scheme for beyond 5G wireless networks. Thanks to studies conducted during this thesis, GFDM has gained spectral and energy efficiency while preserving its inherent advantages. As a result, it has been considered that GFDM becomes a strong PHY candidate for future wireless networks. 162

Haberleşme sistemlerinin önemli bir bölümünü oluşturan kablosuz haberleşme ve özellikle mobil haberleşme teknolojileri, gün geçtikçe daha fazla kullanım alanına ulaşmaktadırlar. Mobil haberleşme teknolojilerinin çokça kullanımı, yeni teknoloji araştırmalarının da bu alana yoğunlaşmasını sağlamaktadır. Günümüzde kullanılan en son mobil haberleşme teknolojileri olan 4. nesil (4G) haberleşme sistemleri, gelecekteki kullanıcı beklentilerini karşılayamamakta ve bu nedenle yeni teknolojilerin araştırılmasına ve geliştirilmesine devam edilmektedir. 4G sonrası için, 5. nesil (5G) haberleşme sistemleri üzerine oldukça farklı perspektiflerden araştırmalar yapılmaktadır. 2020 yılında netleşmesi beklenen 5G'nin araştırma alanlarının önemli bir bölümünü, enerji verimliliğinin ve spektrum verimliliğinin arttırılması oluşturmaktadır. Enerji verimliliği ve spektrum verimliliğinin en çok elde edilebileceği katman olan fiziksel katmanda, farklı dalga formları ve farklı çoklu erişim teknikleri 5G için değerlendirilmektedir. 4G'de, kullanılan dalga formu genel olarak cyclic prefix orthogonal frequency division multiplexing (CP-OFDM) ve çoklu erişim tekniği orthogonal frequency division multiple access (OFDMA)'dır. Fiziksel katman 5G araştırmalarının en önemli konuları, bu tekniklerin kullanıcı beklentilerini karşılayabilmek amacıyla geliştirilmesi ya da değiştirilmesidir.5G araştırmalarının çoğunluğu itibariyle benzetim ortamında yapılması, son kullanıcıya ulaşmasının ilk aşamasıdır. Geliştirilen yeni teknikler, benzetim ortamında çok fazla varsayım altında değerlendirilmektedir. Bu durum da teknolojilerin gerçek hayata ne kadar hızlı uyum sağlayabileceğinin önünde bir engel teşkil etmektedir. Benzetim ortamında elde edilen sonuçların gerçek hayatta birebir olması imkânsızdır. Bu nedenle benzetim sonrasında geliştirilen yeni teknolojilerin çok hızlı bir şekilde gerçek zamanda test edilmesi ve çalışabilir olduğunun gösterilmesi gerekmektedir. Bu amaçla, sıklıkla, SDR teknolojileri 5G araştırmalarında kullanılmaktadır. SDR'lar ile temel bantta tasarlanan herhangi bir sistem, kolaylıkla gerçek zamanda kullanılabilmektedir. Bunun sonucu olarak, geliştirilen yeni yöntemlerin çok daha hızlı bir şekilde haberleşme sistemlerine dâhil olması sağlanabilmektedir.5G araştırmalarının sonuna gelindiği günümüzde, 5G sonrası için de yeni araştırmalara başlanmıştır. Tez boyunca da beyond 5G (B5G) olarak adlandırılacak bu çalışmalar, 5G'nin çok daha ilerisindeki ihtiyaçların karşılanması amacıyla yapılmaktadır. Bu tez kapsamında, spektrum verimliliği ve enerji verimliliği amacıyla belirlenen fiziksel katmandaki farklı dalga formları ve çoklu erişim teknikleri hem benzetim ortamında hem de gerçek zaman test ortamında farklı perspektiflerden araştırılmıştır. Bu tez kapsamında incelenen teknikler, takip eden bölümlerde detaylandırılmaktadır.Bu tez kapsamında yapılan çalışmalar ile ilgili genel bir bilgilendirme ve tezin literatüre katkıları Birinci Bölümde anlatılmaktadır. İkinci Bölümde yazılım tabanlı radyolar ve tez süresince kullanılan ekipmanlar ile ilgili açıklamalar bulunmaktadır. Yazılım tabanlı radyolar, haberleşme sistemlerinin gerçekleştirilmesinde hem zaman hem de maliyet açısından oldukça verimli cihazlardır. Bu nedenle, tez aşamasında gerçekleştirilen tüm çalışmalarda SDR'lar da kullanılmıştır. SDR teknolojisi hakkında özet bir bilgi ve kullanılan SDR donanımları detaylı bir şekilde bölüm 2'de verilmektedir.Çoklu erişim tekniklerinden NOMA, Üçüncü Bölümde değerlendirilmektedir. Aynı zaman diliminde, aynı frekans bandını birden fazla kullanıcıya hizmet verecek şekilde kullanabilen NOMA, kullanıcı sayısındaki artış için iyi bir çözüm olmakla birlikte spektrum verimliliği bakımından da oldukça etkili bir yöntemdir. Bu tez kapsamında, güç bölgesinde oluşturulan röleli NOMA sistemi literatürde ilk kez gerçek zaman test ortamında incelenmiştir. Tasarlanan test ortamında, NOMA'nın rölesiz ve röleli başarımları, hem benzetim hem de gerçek zaman test ortamında değerlendirilmiştir. Röle kullanımının artıları ve eksikleri çalışma kapsamında açıklanmaktadır.Dördüncü Bölümde, çok taşıyıcı dalga formlarından UF-OFDM, CP-OFDM'nin bazı eksikliklerini gidermek amacıyla önerilmektedir. UF-OFDM (ya da UFMC), CP-OFDM'nin olumsuz özelliklerinden olan senkronizasyon problemlerini ve spektrum verimliliğini azaltan, yan bant taşmalarını gidermek amacıyla önerilen başarılı bir dalga formudur. UF-OFDM, filtreleme yardımıyla, CP-OFDM'yi daha kararlı hale getirmektedir. UF-OFDM, literatürde önerilen filtreleme uygulamalarından FBMC ya da GFDM tekniklerine göre benzer performanslara sahip olmakla birlikte gerçeklemesi çok daha kolay bir yöntemdir. Ayrıca, UF-OFDM ve CP-OFDM sistemleri birbirine oldukça benzer olduğundan, UF-OFDM'nin kullanılan sistemlere uyumunda kolaylık sağlanabilecektir. Tez kapsamında gerçekleştirilen çalışmalarda, CP-OFDM'nin yan bantlarından dolayı kullanılması zorunlu olan koruma bandına, UF-OFDM kullanıldığı durumda gerek olmadığı gösterilmiştir. Hem benzetim ortamında hem gerçek zaman test ortamında gerçekleştirilen çalışmalarda SISO ve SIMO haberleşme sistemlerinde CP-OFDM ve UF-OFDM karşılaştırılmıştır. Oluşturulan senaryoda, CP-OFDM'nin kesinlikle koruma bandına ihtiyacı olduğu gösterilmiştir. UF-OFDM'nin ise koruma bandı ihtiyacının CP-OFDM'ye göre çok daha az olduğu ve böylelikle spektrum verimliliği sağlayabileceği belirlenmiştir.Tek taşıyıcılı dalga formu kullanan SM ve GSM sırasıyla Beşinci ve Altıncı Bölümlerde incelenmektedir. Uzaysal modülasyon, tek taşıyıcılı modülasyon şeması kullanan ve hem spektrum hem de enerji verimliliği bakımından oldukça ön planda bulunan bir modülasyon tekniğidir. Uzaysal modülasyonda, vericide donanımsal olarak tek bir RF zinciri kullanılmaktadır. Anten sayısına bağlı olarak farklı anten indislerinin bilgi bitlerine karşı düşürülmesi sonucu aynı kanaldan, daha fazla bit gönderilebilmektedir. Bu iki durum, SM'nin enerji ve spektrum verimliliğinde oldukça verimli olmasını sağlamaktadır. Tez kapsamında gerçekleştirilen çalışmalarda, SM tekniği, literatürde ilk kez, 16x4 antenli masif MIMO sisteminde gerçeklenmiştir. Hata performansını iyileştirmek amacıyla optimum yöntem olan EDAS, hem benzetim ortamında hem de gerçek zaman test ortamında uygulanarak hata başarımı üzerine etkisi belirlenmiştir. Tez kapsamında, makine öğrenmesi algoritmalarından k-NN yöntemi, haberleşme sistemlerinde kullanılan EDAS yerine önerilmiştir. Performans bakımından EDAS ile k-NN, benzetim ortamında ve gerçek zaman test ortamında karşılaştırılmıştır. Gerçek zamanda, k-NN yönteminin hata performansı bakımından daha iyi sonuç verdiği gösterilmiştir.Genelleştirilmiş uzaysal modülasyon, uzaysal modülasyon şemasından farklı olarak vericide birden fazla RF zincir içermektedir. Bu nedenle, kullanılan her farklı anten kombinasyonunun, farklı indis bitlerine karşı düşürülmesi sonucu, çoğu durumda SM'den daha fazla bilgi biti gönderilebilmektedir. Tez kapsamında gerçekleştirilen çalışmalarda, literatürde ilk kez GSM sistem gerçeklemesi yapılmıştır. Bu amaçla, 16x4 antenli MIMO bir sistem tasarımı gerçekleştirilmiştir. Vericide iki farklı anten aynı anda kullanılarak, GSM sisteminin başarımı değerlendirilmiştir. Hata performansını iyileştirmek amacıyla önerilen optimum yöntem olan EDAS, hem benzetim hem de gerçek zaman test ortamında perfect ve Imperfect CSI altında araştırılmıştır. Imperfect CSI durumunda, istenilen başarımı sağlayamayan EDAS yerine makine öğrenmesi algoritmalarından decision tree (DT) ve Multi-Layer Perceptrons (MLP) önerilmiştir. Literatürde ilk kez, önerilen makine öğrenmesi algoritmaları gerçek zamanlı olarak, gerçek zaman test sisteminde kullanılmıştır. Elde edilen sonuçlara göre önerilen algoritmalar, imperfect CSI altında EDAS'tan daha başarılı hata performansları göstermişlerdir.Son olarak, Yedinci Bölüm'de, tez ile ilgili genel bilgiler ve sonuçlar değerlendirilmektedir. Bu tez sonrası ile ilgili bazı tavsiyeler sunulmaktadır. Wireless communication technologies, especially mobile communication technologies which constitute an important part of communication systems reach more and more usage areas. The wide use of mobile communication technologies enables new technology researches to focus on this field. Fourth generation (4G) communication systems which are the latest mobile communication technologies used today, cannot meet the expectations of future users. Therefore, research and development of new technologies continues. For 4G and beyond, researches on the fifth generation (5G) communication systems from different perspectives are made. An important part of the research areas of 5G, which is expected to be clarified in 2020, is the improvement of energy efficiency and spectral efficiency. Different wave-forms and different multiple access techniques are evaluated for 5G in the physical layer where energy efficiency and spectral efficiency can be achieved most. The waveform used in 4G is generally cyclic prefix orthogonal frequency division multiplexing (CP-OFDM) and the multiple access technique used is orthogonal frequency division multiple access (OFDMA). The most important aspects of 5G physical layer research are the development or modification of these techniques to meet user expectations.The majority of the 5G researches are done in the simulation environment and this is the first step to reach the end user. The new techniques developed are evaluated under a lot of assumptions in the simulation environment. This situation creates an obstacle in front of how fast technologies can adapt to real life. It is impossible for the results obtained in the simulation environment to be exactly the same in real life. Therefore, new technologies developed after simulation must be tested very quickly in real time and must be shown that they can work. For this purpose, software defined radios (SDR) technologies are often used in 5G research. Any system designed in the base band with SDR, can be used easily in real time. As a result of this, new methods can be incorporated into communication systems much faster.Today where we came to the end of 5G researches, new researches have been started for beyond 5G (B5G). These studies, which will be named B5G throughout the thesis, are carried out to meet the needs of beyond 5G and much more. In the scope this thesis, CP-OFDM and universal filtered orthogonal frequency division multiplexing (UF-OFDM) as different wave-forms, spatial modulation (SM) and generalized spatial modulation (GSM) as different modulation schemes and non-orthogonal multiple access (NOMA) as multiple access technique in the physical layer determined for spectral and energy efficiency were examined from different perspectives in both simulation environment and real time test environment. General information about the studies carried out within the scope of this thesis and the contributions of the thesis to the literature are explained in Chapter 1.In Chapter 2, there are explanations about Software Defined Radios and equipment used during the thesis. Software Defined Radios are highly efficient devices in terms of both time and cost in the implementation of communication systems. Therefore, SDR is used in all studies conducted during the thesis phase. An overview of the SDR technology and the SDR equipment used is given in Chapter 2 in detail.One of the multiple access techniques, NOMA is evaluated in Chapter 3. NOMA can use the same frequency band to serve multiple users in the same time frame. This is a good solution to the increase the number of users and also it is a very effective method in terms of spectrum efficiency. Within the scope of this thesis, NOMA system with the relay in the power zone was first examined in the real time test environment in the literature. NOMA's with and without relay performances have been evaluated in both simulation and real time testing environment in the created test environment. The pros and cons of the use of the relay are described in the study.In Chapter 4, one of the multi-carrier wave-forms, UF-OFDM is recommended to eliminate some of the deficiencies of CP-OFDM. UF-OFDM (also known as UFMC) reduces synchronization problems, which are negative features of CP-OFDM, and reduces the spectral efficiency. It is a successful waveform recommended to eliminate side-band overflows. UF-OFDM makes CP-OFDM more stable with the help of filtering. UF-OFDM has similar performances according to filter bank multicarrier (FBMC) or generalized frequency division multiplexing (GFDM) techniques, which are recommended in the literature and it is a much easier method to implement together. Besides, as UF-OFDM and CP-OFDM systems are very similar to each other, convenience can be provided for UF-OFDM's compliance with the systems used. In the studies conducted within the scope of the thesis, it has been shown that when UF-OFDM is used, no need for protection band which is mandatory to use due to CP-OFDM's side bands. In the studies conducted in both simulation environment and real time testing environment, CP-OFDM and UF-OFDM were compared in single input single output (SISO) and single input multiple output (SIMO) communication systems. In the generated scenario, it has been shown that CP-OFDM definitely needs protection band. It was determined that UF-OFDM's protection band need is much less than CP-OFDM and thus it can provide spectral efficiency.SM and GSM using single-carrier waveforms are examined in chapters 5 and 6, respectively. Spatial modulation is a modulation technique that uses a single-carrier modulation scheme and is highly prominent in both spectral and energy efficiency. In spatial modulation, a single RF chain is used as hardware on the transmitter. As a result of reducing the number of antenna index against information bits depending on the number of antennas, more bits can be sent from the same channel. These two conditions make SM very efficient in energy and spectral efficiency. In the studies conducted within the scope of the thesis, SM technique was performed for the first time in the literature in the massive multiple input multiple output (MIMO) system with 16x4 antenna. In order to improve the error performance, the optimum method, EDAS, was applied in both simulation environment and real time test environment and its effect on error performance was determined. Within the scope of the thesis, k nearest neighborhood (k-NN) method, which is one of the machine learning algorithms, is suggested instead of Euclidean distance antenna selection (EDAS) used in communication systems. EDAS and k-NN were compared in simulation environment and real time test environment in terms of performance. It has been observed that k-NN method gives better results in terms of error performance in real time.Unlike the spatial modulation scheme, generalized spatial modulation contains more than one RF chain on the transmitter. Therefore, as a result of reduction of each different antenna combination being used against different index bits, in most cases more information bits can be sent from SM. In the studies conducted within the scope of the thesis, the GSM system was realized the first time in the literature. For this purpose, a MIMO system creation with 16x4 antenna was realized. The performance of GSM system was evaluated by using two different antennas at the same time in the transmitter. In order to improve the error performance, the recommended optimum method, EDAS, was examined in both the simulation and real time testing environment under perfect and imperfect channel state information (CSI). In case of imperfect CSI, one of the machine learning algorithms, decision tree (DT) and multi-layer perceptrons (MLP) have been suggested instead of EDAS, which cannot achieve the desired performance. For the first time in the literature, the recommended machine learning algorithms were used in real time testing system as with real time. According to the results, the recommended algorithms showed more successful error performance than EDAS under imperfect CSI.%Receive-SM, unlike the general spatial modulation schemes, identifies indice bits by antenna used in receiver not in the transmitter and thus provides spectral and energy efficiency. As a result of the precoding process used in the transmitter, receive only the desired antenna data in the receiver and other antennas receive only noise. Thus, the receiver does not need to know the channel. RSM was firstly implemented in the literature within the scope of this thesis. As a result of the use of Precoding, the performance of RSM which has a successful performance, in 16x4 antennas testing system is shown both in a simulation environment and in a real time test environment. In an environment where the channel information is obtained from the receiver with time division duplex (TDD), it is evaluated on different parameters that RSM is a very good method.Finally, in Chapter 7, the general information and results of the thesis are evaluated. Some recommendations are presented. 116

Dördün genlik modülasyonu, diğer sayısal iletişim tekniklerinden farklılaşarak işaretin hem genlik hem de faz bilgisinin değişiminden faydalanan kombine bir yapı sunmaktadır. Genellikle arasında 90° faz farkı olan iki taşıyıcının modülatörden gelen I ve Q bileşenleri ile çarpılıp toplanması sonucu modüleli işaret elde edilmektedir. Yüksek hızlı veri iletiminin yanı sıra spektral verimliliğinden dolayı günümüzde sayısal televizyon, kablosuz ağ teknolojileri ve uydu iletişimi gibi birçok farklı uygulamada yaygın olarak kullanılmaktadır.Haberleşme sistemleri eskiden ayrık analog bileşenler kullanılarak tasarlanmaktaydı. Analog bileşenleri tekil olarak tasarlamak ve bu bileşenlerden bir sistem ortaya çıkarmak oldukça zahmetli ve zor bir süreçti. Ayrıca, en ufak bir değişiklik ihtiyacı doğduğunda sistemde kullanılan fiziksel alt bileşen veya bileşenlerin değiştirilmesi ve değişen bileşenlere tekrar ayar yapılması hatta bazı durumlarda yeniden tasarlanması gerekliydi. Son yıllarda sayısal işaret işleme yeteneğine sahip elemanların hızlı gelişimi ve yaygınlaşması hem maliyetlerinin düşmesine hem de yazılım tanımlı radyo sistemlerinde sıkça kullanılmalarına sebep olmuştur. Günümzdeki YTR yapıları ise işlemcileri (FPGA, DSP, SOC) vasıtsayla istenilen dalga formlarını istenilen frekansta üretilmeye olanak sağlayan bir yapı haline gelmiştir. Bu yaklaşım ekipmanın hem çok yönlü olmasını hem uygun bir maliyete sahip olmasını hem de esnek ve yeniden programalanabilir bir ortam sunmasına yol açmaktadır.Tez kapsamında dördün genlik modülasyonunun FPGA'de ara frekans seviyesinde üretilebilmesine olanak sağlayan CORDIC algoritması temelli bir modülator yapısı önerilmiştir. Ara frekans seviyesinde modüleli işaret üretmek için geleneksel yöntemler kullanıldığında çok yüksek bit sayısına sahip sonuçlar ortaya çıkmaktadır. Bu durum ise kullanılması gereken sayısal-analog çeviricilerin çok yüksek çözünürlüklü olması gerekliliğini ortaya çıkarmaktadır. Düşük çözünürlüklü üretilmeye çalışılan işaretlerin ise örnekleme frekansı anındaki geçişlerinin ani olmasından dolayı işaret kalitesinde bozulmalar ortaya çıkmakta spektral verimlilik oldukça düşmektedir. Kullanılan CORDIC algoritması yüksek bit sorununu ortaya çıkaran çarpma işlemini kaydırma ve toplama şekline indirgeyerek bahsedilen soruna çözüm niteliği sunmaktadır. Dördün genlik modülasyonu gelişimi araştırılmış önerilen kümeleşme yapıları incelenerek, yazılım tanımlı radyolarda kullanılmak üzere 16 seviyeli, Gray kodlamalı ve Tip III kümeleşme yapısına sahip dördün genlik modülasyonu gerçekleştirilmiştir. Bu modülatör yapısı hiçbir hazır blok ya da fikri mülkiyet çekirdeği kullanılmadan tasarlanmıştır.MATLAB programı aracılığıyla önerilen yapının benzetimi yapılmıştır. Simulink içerisinde blok diyagramlarla tasarlanan yapının simülasyon sonuçları elde edildikten sonra tasarım aşamasına geçilmiştir. Modülator yapısı genel olarak haritalama, darbe şekillendirme ve CORDIC bloklarından oluşmaktadır. Bilgi işareti bitleri seri olarak haritalama bloğuna gelmektedir. Haritalama bloğu seri olarak gelen bitleri Tip III Gray kodlama yapısına uygun bir şekilde işleyerek I ve Q bileşenlerini üretmektedir. Haritalanmış olan I ve Q bileşenleri hem ani sıfır geçişlerinin ortadan kaldırılması hem de semboller arası girişimin oluşmaması için SRRC ve yarım bant alçak geçiren filtrelerden oluşan yapıya gelmektedir. Şekillendirilen I ve Q bileşenleri CORDIC bloğu girişlerine uygulanarak istenilen dalga formuna sahip olan modüleli işaret üretilmiştir. CORDIC bloğu pipeline yapıda oluşturuduğundan veri akışında herhangi bir kesinti olmadan işaret üretimi gerçekleştirilmiştir.CORDIC bazlı modülatör tasarımı Modelsim programı ile doğrulandıktan sonra Xilinx firmasının AC701 geliştirme kartında gerçeklenmiştir. 6.25MHz merkez frekansına sahip olan ara frekans bileşeni DAC904U sayısal-analog dönüştürücü yardımıyla üreteilmiştir. Üretilen işaretin spektrum analizi yapılarak ve bant genişliği ölçümlenmiştir. Modüleli işaretin bağımsız bir platformda çözümlenmesi hedeflenmiştir. İşaretin demodüle edilebilmesi için USRP kitlerinden faydalanılmıştır. USRP alıcı yapısının minimum 380 MHz merkez frekanslı işareti çözümleyebildiğinden ara frekansta üretilen işaret karıştırıcı ve işaret üreteci yardımıyla bu seviyeye taşınmıştır. USRP kitleri arasındaki haberleşme, sabit ve tekil geçişlere sahip CORDIC modülatör tasarımı ve rastgele bütün geçiş olasılıklarına sahip CORDIC modülatör tasarımı olmak üzere üç farklı yapı ile test ortamı oluşturulmuştur. Hem tekil geçişli yapısı hem de rastgele geçişli yapıya sahip tasarımlar başarılı bir şekilde demodüle edilmiştir. Demodüle edilen işaretlerin kümeleşme diyagramı, göz diyagramı ve bozulma ölçümleri yapılarak ölçüm sonuçları elde edilmiş ve birbirleri ile karşılaştırılmıştır. Tasarlanan sistemin her anlamda USRP kitleri ile oluşturulan alıcı-verici yapısından daha verimli olduğu görülmüştür. Quadrature amplitude modulation differs from other digital communication techniques and utilizes a change in both amplitude and phase information of the signal. Usually, between the two carriers with a 90° phase difference multiplied by the I and Q components from the modulator and then collected, the modulated signal is obtained. It is widely used in many different applications such as digital television, wireless network technologies and satellite communication according to its high throughput data transmission and spectral effiency properties. It is also envisaged that the QAM modulation type will be used as a requirement of the WIFI 6 standard.Communication systems were previously designed using discrete analog components. It was quite a laborious and difficult process to design the analog components individually and create a system from these components. In addition, the physical sub-components or components used in the system had to be replaced and the changing components had to be re-adjusted or even redesigned in some cases when the slightest change was needed. In recent years, the rapid development of the elements that have the ability to process digital signals has led to both the reduction of their costs and their frequent use in software-defined radio systems. The SDR structures nowadays allows to produce the desired waveforms with processing units (FPGA, DSP, SOC). This approach results in versatile, cost-effective, flexible and reconfigurable environment.After filtering the components I and Q in the conventional quadrature amplitude modulation implementation method which is the process of multiplying and adding separately the two carriers (sine and cosine) having ninety degrees phase difference between them. At the FPGA level, this process is performed to produce the modulated signal at the intermediate frequency level, resulting in a very high bit count. This necessitates that the digital-to-analog converters to be used must be high resolution. Within the scope of the thesis, a modulator structure based on CORDIC algorithm is proposed which allows quadrature amplitude modulation to be produced the intermediate frequency level at FPGA. The signals that are produced in low-resolution are corrupted sampling frequency transitions and then spectral efficiency decreases considerably. The CORDIC algorithm provides a solution to the problem by reducing the multiplication process that causes a high bit problem to shifting and adding. CORDIC is a hardware-efficient iterative method which uses rotations to generate modulated signal. Quadrature amplitude modulation techniques was investigated and proposed constellation diagram structures were investigated. Gray coded, type III constellation diagram 16-QAM structure was used for software-defined radios. This modulator structure is designed without the use of any embedded or intellectual cores.In general, CORDIC based QAM design consists of the information bit generator, mapping, pulse shaping and CORDIC blocks. The information bit generator module generates bits with a symbol rate of 781.25 kHz. The bits generated by the generator provides signal generation in the baseband by coefficients in the mapping unit. The mapping unit coefficients provides both phase and amplitude information of the signal. The digital up conversion design is provided not only pulse sahping but also interpolation. The digital up conversion design consists of cascade root raised pulse shaping filter and three halfband low pass filters. At each filter stage, the modulated signal is interpolated by two. Thus, the sampling of the modulated signal is up converted 16 times in filter stage. Then, the signal formed by passing through the filters formed in cascade structure comes to CORDIC block. The CORDIC block is designed twelve staged pipelined structure in order to minimize the delay and ensure the continuity of the signal. Intermediate frequency is produced with the aid of pipelined structure at 6.25 MHz.USRP kits were used to demodulate the generated signal on an independent platform. Demodulation process was carried out with the help of modular signal mixer and signal generator produced at intermediate frequency level to 380 MHz level. Three different designs which consists of USRP-USRP design, single-transition design and random-transition design, are realized in order to compare results. Moduation error ratio, error vector magnitude percentage, magnitude error, phase error, quadrature skew error, eye diagram and IQ gain imbalance are measured. All measurements show that the transitions of the realized design are much better than the transitions of the signal generated by the USRP. In eye diagram measurements, eye height and width are directly proportional to the quality of the signal.The proposed structure was designed with block diagrams and simulated via the MATLAB-Simulink. All sub-components are modeled in accordance with the hardware description language and the simulation process is performed in a way that is very close to the actual system. The modulator design consists of mapping, pulse shaping filter, half band lowpass filters and CORDIC blocks. Binary random number generator as information bit generator and QAM baseband modulator block as mapping unit are used. Shaping filter block is designed to be convenient spectral mask with MATLAB FDATool. The CORDIC block is also designed using a phase accumulator, front phase conversion unit and twelve iterative single CORDIC units. The mapping block produces the I and Q components by processing the bits in series in accordance with the Type III Gray Coding structure. The mapped I and Q components come to the block with the SRRC filter structure to ensure both a lower bandwidth transmission and no inter-symbol interference. After the SRRC filter, a cascade of interpolation halfband lowpass filters follows to remove the aliasing effect produced by up sampling. In addition, the half band low pass filters allows the to fit into wideband code division multiple access spectral mask requirements which has a very sharp transition. The shaped I and Q components are applied to the CORDIC block to produce a complex signal with the desired waveform. When the CORDIC block is formed in the pipeline structure, signal generation is performed without any interruption in the data flow.CORDIC based modulator design was verified with Modelsim program and realized in Xilinx firm's AC701 development board. The intermediate frequency, which has a 6.25MHz center frequency, was produced with the aid of a digital-to-analog converter DAC904U. Spectrum analysis of the signal and the occupied bandwidth was measured. It is aimed to analyze the modulator design on an independent platform. USRP kits were used to demodulate the modulated signal. Since the USRP receiver structure can decode a minimum 380 MHz center frequency signal, the signal produced at the intermediate frequency is upconverted to this level with the mixer and the signal generator. The communication between the USRP kits, the CORDIC modulator design with fixed and single transitions and the CORDIC modulator design with all random transition possibilities have been established with three different structures. Both single-transition and random-transition designs have been successfully demodulated. Constellation diagrams, eye diagrams and impairment measurements of demodulated signal were obtained and the results were compared. The designed system was found to be more efficient than the transceiver structure created with USRP kits in every sense. 99

Nesnelerin interneti (Internet of things - IoT) benzersiz olarak adreslenebilen milyonlarca nesnenin internete bağlanarak oluşturduğu dünya çapında bir ağdır. Günümüzde IoT uygulamaları endüstriyel otomasyon, sağlık, akıllı bina, şehir ve trafik sistemleri gibi birçok alanda karşımıza çıkmaktadır. Gün geçtikçe bu konsept daha yaygın bir hale gelmekte ve her gün daha fazla gelişmektedir.IoT cihazları üst uç (high-end) ve alt uç (low-end) cihazlardan oluşmaktadır. Alt uç cihazlar genellikle enerji, işlemci ve hafıza kapasitesi gibi kaynaklar açısından oldukça kısıtlıdır. Duyarga, eyleyici ve giyilebilir cihazlar bu alt uç cihazlara örnektir. Kısıtlı kaynaklara sahip nesnelerin uzun yıllar batarya değişimi yapılmadan uygulamalara hizmet vermesi beklenmektedir. Bu da IoT'de enerji etkin gerçekleme ihtiyacını doğurur.Tez kapsamında düşük enerji tüketimli bir duyarga düğümünün tasarımı amaçlanmıştır. Bu tasarımın kolaylıkla yapılabilmesi ve mühendislik maliyetlerinin düşürülmesi amacıyla yazılım-donanım ortak tasarım yöntemi kullanılmıştır. Bu doğrultuda donanımın gerçeklemesi aşamasında FPGA (Field Programmable Gate Array - Alanda Programlanabilir Kapı Dizileri) kullanılmıştır. Geliştirilen sistemde kullanılan kodların açık kaynak olmasına dikkat edilmiştir.IoT kapsamında tasarlanan duyarga düğümleri; algılayıcı birimler, işlemciler ve haberleşme birimi olmak üzere üç kısımdan oluşmaktadır. Çalışmada işlemci ihtiyacının karşılanması için açık kaynak kodlu yazılımsal işlemcilerden OpenRISC ve LEON3 işlemcileri araştırılmış ve FPGA üzerinde gerçeklemesi yapılmıştır. Yazılımsal işlemciler, mimarisi ve davranışı bir donanım tanımlama diliyle tanımlanmış, FPGA ya da ASIC üzerinde gerçeklenebilen ve ihtiyaca göre yapıları değiştirilebilen işlemcilerdir. Bu işlemcilerin karşılaştırması literatürden görüldüğü kadarıyla genellikle komut kümesi mimarisi, derleyici dili, doğrulama durumu, dokümantasyon paylaşımı, sözcük uzunluğu, veriyolu standardı, saat frekansı özellikleri kullanılarak yapılmıştır. Bu projede ise yazılımsal işlemcilerin enerji tüketimine göre kıyaslaması yapılmıştır. Bu amaçla, yaygın olarak kullanılan kıyaslama programları işlemciler üzerinde çalıştırılarak işlemciler test edilmiştir. Bu programlar kendi kendine yeten, C diliyle yazılmış programlardır. Ek kütüphane dosyası, işletim sistemi ya da dosya sistemine ihtiyaç duymaz. Yapılan testler doğrultusunda LEON3 işlemcisinin daha az güç tükettiği ve uygulamaları daha kısa sürede tamamladığı yani daha az enerji harcadığı görülmüştür. Tasarımda LEON3 işlemcisi seçilerek çalışmalara devam edilmiştir. IoT kapsamında yapılan birçok uygulamada nesnelerin işletim sistemine ihtiyacı olduğu görülmüştür. Bu nedenle gerçeklemesi yapılan işlemci üzerine bir işletim sistemi kurulmasına karar verilmiştir. Bu amaçla Linux kernel, Contiki, RIOT ve FreeRTOS işletim sistemleri incelenmiştir. Geleneksel işletim sistemlerinden Linux kernel çok fazla belleğe ihtiyaç duymaktadır ve incelenen diğer işletim sistemlerine kıyasla daha fazla enerji tüketmektedir. Bu nedenle IoT uygulamalarında kullanmaya elverişli olmadığı görülmüştür. Contiki işletim sistemi ise IoT uygulamalarında oldukça yaygın olarak kullanılan, düşük güç tüketimli ve az bellek kullanan bir işletim sistemidir. Ancak bu işletim sisteminin gerçek zaman kabiliyeti kısıtlıdır. RIOT ve FreeRTOS işletim sistemleri ise gerçek zamanlı, düşük güç tüketimli ve az bellek kullanan işletim sistemleridir. FreeRTOS işletim sistemi hâlihazırda LEON3 işlemcisi için uyarlandığı için bu işletim sisteminin kullanılmasına karar verilmiştir.FreeRTOS işletim sisteminin kullanımı oldukça kolaydır. C programlama diliyle yazılmış üç dosya işletim sisteminin çekirdeğini oluşturmaktadır. Bununla birlikte işletim sistemi üzerinde çalışacak uygulamalar C programlama diliyle yazılabilmektedir. Yazılan uygulama işletim sisteminin uygulama arayüzü fonksiyonları kullanılarak görevler şeklinde tanımlanır. Yine bu fonksiyonlar kullanılarak görevlere öncelik atanabilir. Yazılan uygulama, çekirdeği üretecek dosyalar ve FreeRTOS kütüphanesi kullanılarak derlenir böylece uygulamaya işletim sisteminin özellikleri kazandırılmış olur.Çalışmada geleneksel işletim sistemleriyle gerçek zamanlı işletim sistemlerinin farkının anlaşılabilmesi için Linux kernel ve FreeRTOS işletim sistemleri derlenerek işlemci üzerinde çalıştırılmıştır. Üretilen imaj dosyaları karşılaştırıldığında Linux kernelin 6MB boyutunda, FreeRTOS'un ise 65kB gibi küçük bir boyutta olduğu görülmüştür. FreeRTOS'un çalıştırdığı görev sayısına göre boyutunun arttığı gözlenmiştir. Ayrıca Linux kerneli derlemenin çok fazla vakit aldığı gözlenmiştir.Açık kaynak kodlu işlemci ve işletim sistemleri kullanılarak hazırlanan kırmık üstü sisteme algı cihazı olarak ultrasonik duyarga eklenmesine karar verilmiştir. Bu amaçla LEON3 işlemcisi için duyargayı çalıştıracak bir modül yazılarak işlemci genişletilmiştir. Bu modül işlemciyle APB (Advanced Peripheral Bus) üzerinden haberleşmektedir. Son olarak düşük güç tüketimli bir haberleşme protokolü olan Bluetooth düşük enerji (Bluetooth low energy - BLE) cihazı sisteme eklenmiştir. Bu cihaz işlemciyle UART arayüzü üzerinden haberleşmektedir. Bu nedenle cihaz işlemciye bağlanırken ek bir sürücüye ihtiyaç olmamıştır. Algı cihazı, işlemci, işletim sistemi ve haberleşme biriminden oluşan duyarga bu şekilde tamamlanarak IoT uygulamalarını gerçeklemeye hazır hale getirilmiştir.Hazırlanan bu sistem kullanılarak kişilerin bina içindeki varlığını tespit etmek için FreeRTOS işletim sistemi üzerinde 5 görevden oluşan bir uygulama yazılmıştır. Tanımlanan görevlerden ilki çağrıldığında, bir katsayı hesabı yapılmaktadır. Hesaplanan katsayı belirli bir yazmaç adresine kaydedilmektedir. Bu katsayı ortam sıcaklığına bağlı olarak değişmektedir. Uygulamada sıcaklık bilgisi el ile girilmektedir. Tanımlanan görevlerden üçü, üç ayrı duyarganın kontrolünde kullanılmaktadır. Bu görevler ile ultrasonik duyargalar çalıştırılarak elde edilen sayaç verileri belirli bellek yazmaçlarına kaydedilmektedir. Daha sonra bu sayaç verileri, ilk görevden elde edilen katsayıya bölünerek santimetre cinsinden mesafe hesabı yapılmaktadır. Son olarak bu mesafeler oda boyutuyla karşılaştırılır. Ölçülen mesafe oda boyutundan küçük ise `11111111` değil ise `00000000` verisi üretilir. Böylece her bir duyarganın ayrı ayrı bir nesneyi görüp görmediği kaydedilmiş olur. Tanımlanan beşinci görevde ise duyargalardan üretilen veriler karşılaştırılarak odada birinin var olup olmadığı mesajı üretilir. Üretilen bu mesaj BLE modülü ile yayınlanır. Görevlerin ana fonksiyon içerisinde çağrılmasıyla hazırlanan yazılım derlenerek LEON3 işlemcisine aktarılmıştır. Üç duyarganın bağlı olduğu sistem üzerinde çalıştırılan bu uygulama test edilmiştir ve doğru çalıştığı belirlenmiştir.Yapılan bu çalışmayla tasarımcılara enerji etkin düğüm tasarımında izleyebilecekleri bir kaynak sağlanmıştır. The Internet of Things is a world-wide network of millions of objects that are uniquely addressable by connecting to the Internet. Nowadays, IoT applications are encountered in many fields such as industrial automation, health, smart building, city and traffic systems. This concept is becoming more common and developing every day.Firstly the general structure, features and needs of the Internet of things are studied within the context of the thesis. The application areas of the IoT are also examined. This network of millions of objects has been found to be in a heterogeneous structure.In this heterogeneous network, IoT devices are divided into high-end and low-end devices. Low-end devices are has very limited resources such as energy, processor and memory capacity. Sensor nodes, actuator nodes and wearable devices are examples of these low-end devices. Things with limited resources are expected to serve applications without changing the battery for many years. This leads to the need for energy efficient implementation in the IoT.The aim of this thesis is to design a sensor node with low energy consumption. In order to design this sensor node easily and to reduce the engineering costs, hardware-software co-design methodology was used. According to this, FPGA (Field Programmable Array) was used to implement this hardware design. It has been ensured that the codes used in the developed system are open source codes.Design model for a IoT application includes four layers. These layers are processor and peripherals, hardware abstraction, operating system and service layers. The lowest layer is the layer which includes processor, sensor and communication devices. Hardware abstraction layer is the layer between software and hardware. Drivers and hardware porting are included in this layer. The compatibility between the operating system layer and the processor is also ensured in this layer. The top layer is the service layer, where there are several sub-services to be used in the IoT network application.Many applications can be done within the scope of IoT, but every application and every service brings along different needs. Therefore, according to the application to be selected within the scope of the IoT, the needs of the system should be determined from the top-down and the design should be carried out from the bottom to the top.An application to determine the presence of people in the emergency evacuation system has been determined as a motivation point in design. In addition to the energy efficiency of the node designed for use in the application, it should be a real-time system. Real-time systems, as in this application, are expected to output at certain time constraints. This need can be achieved by the real time capability of the operating system and software to be used.Sensor nodes designed within the scope of IoT consist of three parts: sensors, a processors and a communication unit. OpenRISC and LEON3 processors were searched from open source softcore processors to use in this design. These processors are implemented on FPGA.Architecure and behaviour of the open source softcore processors are defined by using a hardware description language. These are processors that can be implemented on FPGA or ASIC and can be modified according to needs. As seen from the literature, the comparison of these processors is generally done by using command set architecture, compiler language, validation status, documentation sharing, word length, bus standard, clock frequency properties. In this project, open source processors were analyzed according to power consumption and execution time of processes. For this purpose, commonly used benchmarking programs were executed on processors and processors were tested. These programs are self-contained software programs written in C language. No additional library file, operating system or file system is required for this programs. According to the tests performed, the LEON3 processor consumes less power and programs executes in a shorter time on LEON3, which means it consumes less energy. The studies were continued by selecting the LEON3 processor in the design.In many applications made within the scope of IoT, it is seen that things need operating system. For this reason, it was decided to install an operating system on the processor. For this purpose, Linux kernel, Contiki, RIOT and FreeRTOS operating systems were analyzed. Linux kernel from traditional operating systems needs a lot of memory and consumes more energy than the other operating systems. Therefore, it is seen that it is not suitable for use in IoT applications. The Contiki operating system is a widely used operating system with low power consumption and low memory usage in IoT applications. However, the real time capability of this operating system is limited. RIOT and FreeRTOS operating systems are real-time, low-powered and low-memory using operating systems. Since the FreeRTOS operating system is already ported to the LEON3 processor, it has been decided to use this operating system.The core of the FreeRTOS operating system can be compiled by using only three files written in C programming language. This operating system is very easy to use. Applications to be run on the operating system can be written in C programming language. Written applications are defined as tasks by using the application programming interface functions of this operating system. Priorities can be assigned to tasks by using these functions. The files that will generate the kernel and the written application files are compiled together using the FreeRTOS library. Thus, the operating system features are provided to the applications.In order to understand the difference between traditional operating systems and real-time operating systems, the Linux kernel and FreeRTOS operating systems were compiled and run on the processor. Compared to the image files produced, Linux kernel is 6MB in size and FreeRTOS is in a small size of 65kB. It was observed that the size of the FreeRTOS application increased according to the number of tasks. It is also observed that compiling the Linux kernel takes a lot of time.It was decided to add an ultrasonic sensor as a sensing device to this system. For this purpose, the LEON3 processor is expanded by adding a module to run the sensor. This module communicates with the processor via the APB (Advanced Peripheral Bus). With the operation of the added module, the signal applied from the trigger pin of the sensor emits an ultrasonic sound wave at a frequency of 40 kHz. When this sound wave hits any object and returns to the sensor, the echo pin becomes active. By measuring the time between these two signals, the distance of the object from the sensor is calculated. The calculated time is sent to the registers specified on the processor. These data can then be read from these registers for use in the written application. Finally, the Bluetooth low energy (BLE) device, which is a low-power communication protocol, has been added to the system. This device communicates with the processor via UART. Therefore, there was no need for an additional driver when the device was connected to the processor. The node consisting of a sensor, a processor, an operating system and a communication unit has been completed in this way and is ready to implement IoT applications.Using this system, an application consisting of 5 tasks has been written on the FreeRTOS operating system in order to detect the presence of people in the building. When the first of the defined tasks is called, a coefficient calculation is made. The calculated coefficient is saved to a specific register address. This coefficient varies depending on the ambient temperature. In this application, the temperature information is entered manually. Three of the defined tasks are used to control three separate sensors. With these tasks, the ultrasonic sensors are operated and the counter data obtained from the sensors are stored in certain memory registers. Then, the counter data is divided by the coefficient obtained from the first task and the distance is calculated in centimeters. Finally, these distances are compared with the size of the room. If the measured distance is smaller than the room size, `11111111` data is generated. If not, `00000000` data is generated. Thus, it is recorded whether or not each sensor sees an object. In the fifth task defined, the data generated from the sensors are compared and a message is generated to see if someone exists in the room. This generated message is transmitted with the BLE module. The software prepared by calling the tasks in the main function was compiled and transferred to the LEON3 processor. This application, which runs on the system, has been tested and found to be working correctly.With this study, a resource that designers can follow in energy efficient node design is provided. 99

Yüksek lisans tezi olarak tasarladığım bu devrenin amacı, özellikle son yıllarda artan meme kanserini tespitte kullanılacak ucuz maliyetli, insan vücuduna hiçbir zararı olmayan elektromanyetik dalgaları kullanan ve hızlı bir uygulaması olacak bir medikal görüntüleme sisteminin önemli bir yapı taşı olacak olmasıdır. Halihazırda olan bir sistem bulunmakta, çeşitli yöntemler kullanılarak bu görüntüleme yapılmaktadır. Fakat bu sistemdeki en büyük problem maliyettir. Sistemde bilgisayarlar ve çok büyük ücretlere sahip vektör network analizörler kullanılmaktadır. Amacımız bu aletleri birer birer yerlerine koyulabilecek uygun ücretli devreler ile değiştirmektir. Böyle düşük maliyetli bir sistem bütün hastanelere yerleştirerek, kadınlarda meme kanserinde erken teşhis konulmasına yarayabilecektir. Sadece meme kanseri değil, bunun dışında birçok görüntüleme ve ayrı uygulama alanlarında kullanıbilecektir. Örneğin, hızla gelişmekte olan 5G ve 6G haberleşmelerinde aynı anda birden çok anten kullanımı gerekmektedir. Bu antenlerin hepsi sırayla aktif hale getirilerek kullanılabilir. Ayrıca devreyi 0.1-6GHz bandında tasarlamamız sayesinde bütün gerekli frekansları kapsayabilen bir devreye sahip oluyoruz.Devrenin çalışma prensibi SMA bağlantıları yardımıyla bağlanılan 16 adet anteni, sanki sadece 2 adet anten bağlanmış gibi kullanabilme özelliği sunmasıdır. Bu kullanımı sağlayabilmesi için 2x2 switch veya diğer adları ile transfer switch ve DP2T switchte denilen yapılar ve 1 sinyali 8 sinyal hattına çoklayabilecek switch yapıları kullanılmıştır. Projede tasarlanan devre tek başına çalışan bir devre değil, bir ara devredir. Anten ve 2 portlu bir ölçüm cihazı arasında köprü görevi kurmaktadır. 16 portu olan bir VNA ile 16 adet antene aynı anda ışıma yaptırım, yine bu antenler üzerinden ölçümler yapılarak bu sonuçlar s16p dosyası ve touchstone formatında kaydedilir. Bu dosya aslında 16 satır ve 16 sütundan oluşan bir matris dosyasıdır ve bu matrisler çok sayıda frekans değeri için hesaplanır. Sadece 2 adet portu olan bir VNA'nın oluşturabileceği dosya s2p dosyasıdır. İsminden anlaşılabileceği gibi sadece 4 elemandan oluşan bir matrisi oluşturabilir. Tasarladığımız devre sayesinde, fiziksel olarak tek tek antenlerin kablolarını söküp sırayla gerekli antenleri takıp s2p dosyalarını oluşturuyormuş gibi bir işlem yaparız. Her an için bu 16 antenden sadece 2 tanesinin sinyali bu iki VNA girişine ulaşabilir. S parametreleri böylece her ikili anten grubu için tek tek hesaplanır, bu da toplam 136 kere farklı ikili anten hesaplaması demektir. Matris simetrik olacağından ötürü 16x16=256 kere bu işlemi yapmaya gerek yoktur.Devre 10x10cm gibi küçük bir boyuta sahiptir. Giriş portları devrenin üst kısmında, çıkış portları ise yan kısımlarda yer almaktadır. İlk kısımda devrenin genel görünüm olarak nasıl olacağı tasarlanmıştır. Boyutunun değerleri ise PCB üreten firmalarda fiyatın bu büyüklüğün üzerinde olması nedeniyle çok artacağından, bu şekilde seçilmiştir. İlk olarak çeşitli olabilecek ve kullanılabilecek switch çeşitleri detaylıca incelenmiş ve üretmesi en sorunsuz yapı olan dizayn seçilmiştir. Bu yapıda kullanılar çipler ise bir sonraki aşamalarda seçilmiştir. Seçimler sonraki aşamada yapılmasına rağmen, ilk aşamalarda bunlar incelendi ve her duruma hazır olarak başlanıldı. Devrede kullanılacak switch tiplerinden ilki SP8T switch olarak seçilmiştir.Bu devre elemanı bir girişten alınan sinyali 8 adet çıkış portundan istenilen çıkışa iletmesini sağlayan bir yapıdır. İkinci tip switch DP2T adıyla bilinen diğer adıda transfer switch olan eleman tipi seçilmiştir. Bu yapı ise 2 adet giriş portundan alınan sinyalleri istenilen 2 çıkıştan ayarlanılabilecek şekilde iletir. SP8T yapısından 2 adet kullanılacak ve devrenin 2 çıkış portundan önce yer alacaktır. DP2T switch yapıları is 16 adet antenin bağlandığı giriş portlarının ucuna 8 adet olacak şekilde konulacaktır. Devrede giriş ve çıkış portları toplam 16 adettir, bu nedenle devremize çok sayıda konnektör gereklidir. En çok yaygın olarak kullanılan RF konnektörleri olan 50 ohm değerli ve en az 6GHz'e kadar uyumlu olan SMA konnektörler seçilmiştir. Dizayn kısmına göre 16 adet SMA devreye dik şekilde yerleştirilecek, 2 adet ise devrenin sağ ve sol uçlarında bulunacaktır. Devrenin dizaynı ve gerekli elemanlarının belirlenmesinin ardından yapılacak işlem bu devre elemanlarının seçimidir, çeşitli güvenilir üreticiler ve aradığımız tipteki elemanlar incelenmiş ve seçimler yapılmıştır. Bu seçimler yapılırken fiyatları ve performansları en önemli iki etmen olarak göz önüne alınmıştır. Devredeki SMA'ler Cinch Connectivity Solutions Johnson adlı üretici firmadaki uyumlu konnektörlerden seçilmiştir. Bunun dışındaki devre switchlerinden ilki olan SP8T switch Analog Devices firmasının ürettiği HMC321A kodlu ürün seçilmiştir. Tranfer switch is Macom firmasının uygun fiyatlı ve yüksek performanslı üretimi seçilmiştir. Bunun dışında devrede bu yapıların dijital kontrolünü gerçekleştirmesi adına bir mikrodenetleyiciye ihtiyaç vardır. Bu görevi yapması gereken işlemcide 24 adet genel amaçlı kullanım pini olması gerekmektedir. STM32F4 Discovery adı verilen evaluation board şeklinde satılan mikroişlemci kullanılmaya karar verildi. Devreye bunu doğrudan lehimlemek yerine, header lehimlenecek ve doğrudan tak-çıkar şeklinde bir yapı tasarlanacak.Her eleman seçildikten sonraki adım şematik ve PCB tasarımını yapmak oldu. Şematik çizimi elektronik devreleri bilgisayarda çizmemizi sağlayan bir program yardımı ile yapıldı. Bu programın en iyi tarafı çizilen şematiğin bağlantılarını ve yapısını olduğu şekilde PCB çizim kısmına aktarabilmesidir. Öncelikle seçilen bütün elemanların bu programda şematik ve PCB kütüphanesi oluşturuldu. Bunun için çeşitli websitelerinde hazır olarak verilen yapılar ve tek tek el ile çizilen yapılar kullanıldı. Ayrıca 3D görünümleride eklenerek, son durumda üretilecek olan PCB'nin prototibide görülebilecek hale gelmiş oldu. Bu kütüphanelerin çizimlerini yapabilmek için üreticilerin sunmuş olduğu datasheetler ve bütün gerekli dökümanlar detaylı şekilde incelendi. Bütün bu tasarımların hazır olması bize çok büyük kolaylık sunuyor. Bütün elemanlar gerekli yerlere yerleştirilerek gerekli işlemleri tamamladık.Bu devre bir yüksek frekans devresi olduğundan dolayı, klasik bir elektronik devresi gibi sadece bağlantıları yaparak işlemleri bitiremiyoruz. PCB tasarımını yaparken transmisyon hatlarından, materyal kalınlığına kadar her uzunluk büyük önem taşır. Bu ölçümleride yapabilmek adına elektromanyetik simülasyon programları kullanıldı. Gerekli hat kalınlığını devrede kullanılan switch IC'lerinin bacak kalınlığı ile yakın bir kalınlıkta olması gerekiyor. Bunun nedeni ise, bağlantılardan oluşabilecek yansımayı minimuma indirmektir. Bundan ötürü hat kalınlığını 0.38mm seviyelerine düşürdük. Bu ölçümü çeşitli hesaplama araçları kullanarak karşılaştırması yapılarak hesapladık. Ayrıca devredeki groundlarımız klasik mikroşerit transmisyon hatları tasarımı ile yapmak yerine günümüzde neredeyse bütün firmaların evaluation devrelerini üretme şekli olan CPWG yapısı kullanarak tasarladık. Bu yapının özelliği, sadece tek bir layer ground olmasının yanında aynı zamanda sinyal hatlarının olduğu bölümde her yeri kaplayan ve alt katmanlardaki ground ile birleştiren deliklerin kullanılmasıdır. Bu yöntem ile izolasyon mükemmel hale getirilip girişim minimuma indirilmiştir. Bütün bu tasarımım ardından devre üretime hazırdır, fakat devrede girişim ve elektromanyetik yansımaların ne seviyede olduğu ve herhangi düzeltmeye gerek olup olmadığı ölçülmelidir. Bunu ölçmemizin yolu bahsettiğimiz gibi elektromanyetik simülasyon programları kullanmaktır. Bu amaç için kullanabileceğimiz en iyi program seçildi ve tüm gerekli simülasyonlar yapıldı. Öncelikle PCB olarak tasarlıdığımız devre ortak bir dosya türüne çevrildi ve bu EM simülasyon programına aktarıldı. Devredeki elemanlar aktarılamayacağından dolayı bunlar kaldırıldı ve en önemli kısım olan sinyal hatlarının simülasyonları yapıldı. Fakat biz yine de bu devrede bulunan switch ve diğer elemanların simülasyonlarını yapmalıyız. Bunun içinde aynı EM simülasyon programının şematik görünümlü yapısında, elemanlarımızın üreticileri tarafından verilen s-parametre dosyaları kullanılarak buraya aktarıldı ve devrenin tamamını içerecek şekilde bir simülasyon yapıldı. Sonuçlar ve bu sonuçların açıklamalarını yaptık. Beklediğimizden daha iyi sonuçlar elde ettik, yansıma katsayısı ve dönüş kaybına baktığımızda, 2GHz frekansında yansımadan dolayı sadece %3 kayıp olduğunu gördük, bu değerde -15dB'e tekabül etmektedir. Bunun dışında izolasyonun en kötü değeri aynı frekans için -30dB mertebelerinde, ve aynı hat üzerindeki kaybın ise -2.6dB seviyelerinde olduğunu gördük. Bu kayıpların en büyük sebepleri ise malzeme olarak FR4 kullanılması ve satın alınan switchlerin halihazırda kayıplarının fazla olmasından kaynaklanmaktadır. Devrede hiçbir sorun olmadığından bir sonraki aşamaya geçebiliriz. Dijital kontrol devresinin programlaması kısmına geçmeden önce gerekli PCB üretim dosyaları oluşturularak üreticiye gönderilmiş ve devrenin üretimine geçilmiştir. Ayrıca dizgi el ile yapılacağından bir adet stencil siparişi verilmiştir. Devre üretildiği sırada biz seçilen mikroişlemci için gerekli hazırlıkları ve kodlamaları tamamladık. Bizim için gerekli olan dijital kontrol için bir bilgisayarda oluşturduğumuz kullanıcını gerekli bilgileri girerek devreyi kontrol edebileceği bir yapı oluşturmayı hedefledik. Bu yapı için gerekli kısımlar sırasıyla, kontrol pinlerinin olması gereken değerleri tablo haline getirmek, ardından mikroişlemcinin çalıştıracağı kodu yazmak ve arayüzü oluşturmaktı. Bütün switchlerin kontrol mekanizmaları detaylıca incelendi ve gerekli gerilimlere önceden bakıldı ve aktif ve pasif hale getirilmesi gereken pinler bir excel tablosu haline getirildi. Her switchin aktif olduğu ve bu durumlarda hesaplanan s-parametreleri listesi güzel bir şekilde oluşturuldu. Hepsi ayrı bir durum olarak yazıldı, bu durumları işlemcide çalışacak kodun içine eksiksiz kusurda yazdık. Ayrıca bilgisayar ve işlemci arasında haberleşmeyi yapmak amacıyla UART haberleşmesini kullanmaya karar verdik. Mikroişlemciye gönderilecek olan tek bilgi case numarası adını verdiğimiz 3 basamaklı sadece 3byte'tan oluşan bilgiler oldu. Bu sayede gönderilen sayıya göre işlemci seçimi yaptı ve gerekli pinleri aktif hale getiriyordu. Gerekli kodlar işlemcide tamamlandıktan sonra arayüzü yapmak kalmıştı. Bunun içinde MATLAB'in bir yapısı olan AppDesigner kullanmayı seçtik. Herhangi lisans kullanmaya gerek olmadan yazılan programı bilgisayarımıza yükleyerek bu arayüzü kullanabiliyoruz. Bu şekilde arayüzümüz çeşitli özellikleri ile oluşturuldu. Burada portu seçip ona bağlanma ve gerekli s-parametrelerini hesaplamak için yazılan kodlar bulunuyor. Bununla birlikte bütün kısımlar tamamlandı ve sadece devrenin üretimi kalmış oldu.PCB tasarımı ile hazırlanan dosyalar üreticiye gönderilip devremiz üretildikten sonra, stencil yardımı ile devremiz temizlendikten sonra krem lehim ile lehim sürme işlemi yapıldı. Ardından devrede kullanılacak olan komponentler yerleştirildi ve devremiz bu kullanılan kurşunlu lehimin özelliklerine göre ayarlanmış 183C^o için ayarlanan fırında pişirildi ve devremiz tamamlandı. Ardından gerekli testler VNA yardımı ile yapıldı. In this project, a switching matrix is designed. The purpose of this switch is similar tomultiplexers. The goal is to create a switch, which will have 2 inputs and 16 outputs,where the inputs will be connected to all the outputs by using switch ICs. The reasonto design this circuit is, it is needed in a medical imaging system. This circuit is goingto be used in that imaging system to reduce cost. The system will be made in the future,but it has a working prototype already. For now the system uses a vector networkanalyzer with 24 ports. This kind of VNAs are very expensive, and for such imagingsystems it would increase the cost by a huge amount. This VNA is not irreplaceable,instead it can be replaced by a small 2 port VNA and a switching matrix which willwork as 2x16 switch or with the known abbreviation DP16T switch. It has beendecided that there will be this switching matrix in the foreseen imaging system. Afterthe decision is made, only thing there is left is, to make this circuit.Firstly researches have been made for this kind of switch. There are few DP16T switchproducts that are on sale. But there are many small switches such as DP2T or SP4Ts.By using these small switches, it is possible to create the required switching matrix.The design of this type of circuit is some kind of art. There are many choices to choosefrom. Firstly, possible designs are introduced and explained. After the detailedresearches, most suitable circuit design is chosen. With the design type is being chosen,schematic and PCB designs of the circuit is made using electronic design softwares.Every part of circuit is included in these designs, instead of overall view of design part.Since this circuit is a high frequency circuit which will be using the frequency bandbetween 0.1-6GHz, it is important to make electromagnetic simulations using anelectromagnetic simulation software for PCBs to create s-parameters. A detailedsimulation is made using the software. Every component and every part, which canaffect the behavior of the result has been included in these simulations. Afterconfirming there are no problems, and calculating required widths and thicknesses, thecircuit is ready to produce. Gerber and drill files are produced and they are given tothe manufacturer. PCB is produced, and components are bought. At the last steps,components are placed and soldered to PCB, and the required tests are made andcompared with the simulation results. 91

Thesis (Master)--Izmir Institute of Technology, Electronics and Communication Engineering, Izmir, 2019, Includes bibliographical references (leaves: 51-59), Text in English; Abstract: Turkish and English, A micro capacitive sensor characteristically embraces a thin conductive membrane which is freely suspended above an immovable counter electrode in a parallel plate geometry. Such capacitive structures are found in broad range of applications as a transducer like capacitive micro-machined ultrasonic transducer (CMUT), pressure sensor, resonator and biological or chemical material sensing element. The input can be an ultrasound wave, pressure, chemical or biological mass attachment which result in the deflection of the membrane. Emerging nano materials have shown great potential as candidates for generation of nano and micro electromechanical systems (NEMS, MEMS). Among these nano materials, graphene is regarded as a promising material because of its ultra low mass, thickness, high surface to volume ratio, flexibility, and extraordinary electrical and mechanical properties. However, the transfer of graphene on substrates with micro scale cavities is challenging since the fabrication of large area membranes with a smaller air gap often results in membrane tearing or collapse driven by capillary or electrostatic forces. This study presents a research on the fabrication and the characterization of graphene membranes to be used in micro capacitive sensor applications. Substrates which span a large array of circular and hexagonal micro cavities between 2-100 μm in diameter are fabricated. Graphene transfer with different support materials are studied to fabricate graphene micro membranes. Up to 5 μm diameter membranes on 300 nm deep cavities are demonstrated via scanning electron microscope (SEM) and atomic force microscope (AFM) tools., Mikro kapasitif sensör, karakteristik olarak, iletken ve hareketsiz duran bir alt elektrot ile buna paralel olarak yerleştirilmiş iletken ve hareket edebilen bir üst elektrottan oluşur. Bu yapı, kapasitif mikro-işlenmiş ultrasonik çevirgeç, basınç sensörü, resonatör ve biyolojik yada kimyasal madde algılama elemanı gibi uygulamalarda dönüştürücü olarak bulunabilir. Membran yapısında eğilmeye yol açan fiziksel girdi ultrason dalgası, basınç, biyolojik yada kimyasal bir malzeme olabilir. Nano malzemeler, yeni nesil nano ve mikro elektro mekanik sistemlerin (NEMS, MEMS) geliştirilmesinde büyük potansiyele sahiptir. Nano malzemelerin arasında grafen çok küçük kütlesi, yüksek yüzey hacim oranı, esnekliği, özel elektriksel ve mekanik özelliklerinden dolayı öne çıkan bir malzemedir. Ancak, grafenin kapasitif yapılar oluşturmak üzere mikro ölçekte oyuklu örnekler üzerine aktarılması kılcal veya elektrostatik kuvvetlerin etkisinden ötürü membran yapısının çökmesi veya yırtılması ile sonuçlanabilir. Bu çalışma, kapasitif mikro sensör olarak kullanılmak üzere çok ince grafen membranlarının oluşturulmasını ve karakterizasyonunu içermektedir. Bu amaç ile çapları 2 ile 100 μm arasında değişen deşikli alttaşlar hazırlanmıştır. Grafen mikro membran üretimi için, farklı destek malzemeleri kullanılarak, grafen transferi gerçekleştirilmiştir. 300 nm derinliğinde deşikli yapılar üzerinde çapları 5 μm'ye kadar ulaşan grafen membranlar taramalı elektron ve atomik kuvvet mikroskobu ölçümleri ile gösterilmiştir., TUBITAK (117F186)

Gerçek zamanlı sistemlerde görüntü bölütleme, akıllı ev ve araç sistemlerinden, eğitim alanına, tıbbi uygulamalardan askeri teknolojilere kadar uzanan çok geniş bir uygulama alanına sahiptir. Literatürde çeşitli alanlarda kullanılmak üzere öne çıkan, herhangi bir eğitim seti ve karmaşık algoritmalar gerektirmeden görüntü üzerinden öğrenme ve bölütleme yapabilen piksel tabanlı birçok yöntem mevcuttur. Bu anlamda gözetimsiz yöntemler içerisinde Bulanık C-Ortalamalar (FCM) ve K-Ortalamalar (KM) algoritmaları oldukça sık kullanılan yöntemler olarak öne çıkmaktadır. Ancak bilinen FCM ve KM algoritmaları; gürültü, ışık/gölge etkileri, dokusal özellikler vb. etkenlerden dolayı görüntü içerisindeki pikselleri sınıflandırmakta bazen yetersiz kalmakta ve gerçek zaman kriterlerine uygun olmayacak derecede yavaş çalışabilmektedir. Özellikle gerçek zamanda kamera vb. optik algılayıcılarla alınan görüntülerde bu gibi bozucu etkilere çok sık rastlanıldığından algoritmaların hem kendi içerisndeki işleyişinin geliştirilmesi hem de görüntüler üzerinde bazı ön işleme yöntemlerinin kullanılması ihtiyacı doğmaktadır. Bu sebeple mevcut çalışmada FCM ve KM algortmaları kullanılarak daha doğru bölütlemenin gerçek zaman kriterleri içerisinde yapılabilmesi için ilk aşama olarak görüntü ön işleme yöntemleri ele alınmıştır. Bu kapsamda algoritma içerisindeki piksel yükünü azaltmak için çözünürlük azaltma yöntemleri; en yakın komşuluk, bilineer ve bikübik interpolasyon yöntemleri kapsamında incelenmiştir. Üç yöntem de gerek işlem süresi gerekse de orjinal çözünürlüğe göre bilgiyi mümkün olduğunca muhafaza edebilmesi açısından gözlemlenmiş ve bikübik interpolasyon yönteminin bu ölçütler açısından avantajlı olduğu görülmüştür. Çözünürlüğün azaltılmasıyla birlikte hem sonraki ön işleme adımları için hem de bizzat FCM ve KM algoritmaları için piksel bazında işlem kazancı sağlanmış ve sistemin hızı artırılmıştır. İkinci ön işleme adımı olarak ışık ve gölge etkilerinin giderilmesi kapsamında uyarlamalı eşikleme ve gama doğrulama yöntemleri incelenmiştir. Literatürde birçok uyarlamalı eşikleme yöntemine yer verilse de bu çalışmada sık kullanılan Otsu, Niblack, Sauvola, Wellner ve İntegral eşikleme methodları incelenmiştir. Daha sonra örnek görüntüler üzerinden bu yöntemlerin ışık/gölge etkileri altındaki performansları ve işlem süreleri gözlemlenmiştir. Elde edilen sonuçlara göre integral yöntemi diğerlerine göre nispeten daha üstün çıkmıştır. bu sebeple integral eşikleme yöntemi, gri seviye görüntülerin siyah ve beyaz olmak üzere ikili seviyede bölütlenmesini gerektiren temel uygulamalar doğrultusunda kullanılabilir. Ancak gerçek zamanlı görüntü işleme sistemlerinde renk bilgisi birçok uygulama alanı için göz ardı edilemediğinden mevcut yöntemler bu çalışmada kullanılmamış, renk bilgisinin de korunarak ışık ve gölge etkilerinin bastırıldığı gama doğrulama yöntemi esas alınmıştır. Gama doğrulama yönteminde piksellerin renk tonundaki değişimlerin modellendiği gama fonksiyonu kullanılmaktadır. Bu fonksiyon yardımıyla ışık etkisinde kalmış ve açık renkli görünen pikseller ile gölge etkisi altındaki kapalı tonda bulunan pikseller arasında bir ilişki kurularak görüntü bazında bir ortalama değere göre gama değerleri dengelenmektedir. Başka bir deyişle açık tonlar nispeten daha kapalı hale gelmekte, kapalı tondaki pikseller de daha fazla aydınlatılmaktadır. Böylelikle bozucu etkiler altındaki dokular açığa çıkartılarak bölütlemenin daha doğru yapılmasına katkı sağlanmıştır. Bir sonraki görüntü ön işleme adımı oarak gürültü giderme ve görüntü monotonlaştırma yöntemleri incelenmiş, ele alınan yöntemler, kenar korunumlu ve kenar korunumlu olmayan yöntemler olmak üzere iki ayrı gurupta incelenmiştir. Kenar korunumlu olmayan yöntemler çalışmada referans olarak kullanılmamakla birlikte Gauss filtresi ve kayan pencere ortalamsı kapsamında irdelenmiştir. Her iki yöntem de görüntüde gürültüyü bastırma ve dokusal renk saçılmalarını giderme anlamında doku ya da nesnelere ilişkin kenar/sınır bölgelerini koruyamadığından görüntünün genelinde bulanıklılık algısı oluşturmaktadır. Ayrıca kenar bölgelerinin korunmaması, detayların kaybolmasına ve bölütleme doğruluğunun azalmasına yol açmaktadır. Bu sorunun önüne geçilebilmesi için kenar korunumlu yöntemler irdelenmiş ve bu konu dahilinde bölgesel benzerlik, süperpiksel ve bilateral filtre yöntemleri incelendiğinde gürültüler bastırılırken, dokuların kendi içerisinde çok daha tekdüze hale geldiği, doku içerisindeki renk farklılıklarının giderildiği ve bunun yanında kenar bölgelerinin de önemli ölçüde korunduğu görülmüştür. Elbette ki işlem süreleri ve görüntü monotonlaştırma açısından üç yöntemin birbirlerine göre üstün ve zayıf yönlerinin olduğu da anlaşılmıştır. Bu anlamda MATLAB benzetimlerine göre, bölgesel benzerlik yönteminde işlem hızı diğerlerine göre daha düşük iken, süperpiksel yönteminin nispeten daha hızlı olduğu görülmüş ancak kenar bölgelerinin korunması açısından performansı zayıf kalmıştır. Bilateral filtre ise üç yöntem içerisinde çok daha öne çıkmış ancak mevcut işlem süresinin gerçek zaman sistemler için çok yüksek olduğu gözlemlenmiştir. Bu sebeple, bilateral filte yöntemi, hem işlem hızının artırılması hem de gömülü Linux sistemlere uyumlu hale getirilmesi amacıyla PYTHON/OpenCV kütüphanesi üzerinden tekrar gerçeklenmiş ve mevcut durumda 90 Fps işlem hızlarına kadar ulaşıldığı görülmüştür. Bununla birlikte RGB renk uzayından CIELab renk uzayına geçilmesiyle mevcut bilateral filtre yönteminin görüntü monotonlaştırma performansı da artırılmıştır. Tüm bu ön işleme adımları ile artık görüntüler FCM ve KM algoritmalarında bölütlenmeye daha elverişli hale getirilmiştir. Bununla birlikte, FCM ve KM algoritmaları özelinde de bazı önemli geliştirmeler yapılmıştır. Bunlardan ilki, görüntülerin matris formundan vektör formuna dönüştürülerek işlenmesidir. Bu sayede özellikle FCM algoritmasındaki üyelik matrisi hesabı önemli ölçüde sadeleştiğinden ve işlemciler için vektör işlemleri matris işlemlerine göre çok daha kolay ve hızlı yapıldığından her iki algoritmanın işlem hızı, matris tabanlı çalışan türlerine göre yaklaşık 5-7 kat artmıştır. Ayrıca başlangıç sınıf değerlerine bağlı olarak FCM ve KM algoritmalarının sınıflandırma performansı ve işlem süresi değiştiğinden, başlangıç sınıf değerlerinin ideal değerlere yakın olarak belirlenmesi konusu da yine çalışma kapsamında irdelenmiştir. Mevcut FCM ve KM algoritmalarında rastgele olarak belirlenen başlangıç sınıf değerleri, bu çalışmada sıralı bölünme yöntemiyle özel bir kurala göre belirlenerek bölütlemenin daha doğru, daha kararlı ve daha hızlı yapılması sağlanmıştır. Son olarak, hem FCM hem de KM algoritması için algoritmaların işlem yükünün azaltılmasına yönelik görüntü verilerinde piksel indirgeme işlemi yapılmış ve mevcut algoritmalara uyarlanmıştır. Bu yöntemde aslında görüntü içerisinde aynı değere sahip pikseller tek bir piksel olarak temsil edilmiş ve bu temsili pikseller üzerinden sınıflandırma yapılmıştır. Bu sayede özellikle ön işleme adımlarında gürültüden arınmış ve monotonlaşmış görüntüler için aynı yoğunluk değerine sahip piksellerin sayısı arttığından indirgenme oranı da artmış ve verinin büyüklüğü o nispette azalmıştır. Yapılan benzetimler sonucunda, görüntüler piksel bazında %88'lere varan oranlarda sadeleştirilebilmiş ve algoritmaların işlem yükü önemli ölçüde azaltılmıştır. Sonuç olarak mevcut FCM ve KM yöntemleri, gerek görüntü ön işleme adımlarıyla gerekse de algoritma özelinde yapılan iyileştirmelerle desteklenerek geliştirilmiş, PYTHON dili kullanılarak da gerçek zamanlı gömülü Linux sistemlere uyumlu çalışabilecek şekilde gerçeklenmiştir. İleriki çalışmalar için ise, görüntü ön işleme aşamasında kullanılan filtrelere ilişkin parametrelerin görüntü istatistiklerine ya da farklı özniteliklerine göre kendiliğinden belirlendiği bir sistem öngörülmektedir. Image segmentation in real time systems has variety of application areas range from smart home appliances, vehicle systems and educational tools to biomedical applications and military technologies. There are a number of unsupervised methods in literature which stand out for such kind of areas, capable of learning from test images and making segmentation without requiring any training set and complex algorithm structures. In this case, Fuzzy C-Means (FCM) and K-Means (KM) algorithms are commonly used methods for image segmentation applications. However, both traditional FCM and KM algorithms may become insufficient while dealing with pixel based segmentation under the noise, illumination/shadow effects and texture complexity conditions; furthermore, the algorithms may run too slow for real time embedded image processing systems. The corruptive effects on image and the number of pixels caused by high resolution make the image segmentation process much more challenging and bring about computational cost on the embedded systems. Especially the images taken from optical camera, laser scanners and infrared imaging sensors naturally and frequently consist of these drawbacks. Hence, it is needed to make some enhancement for both segmentation accuracy and computational cost point of view while considering real time limitations. At this point, some pre-processing techniques which are covered to include; decreasing of resolution, illumination/shadow compensation, noise cancellation with image smoothing are taken into consideration in this study at first. Three major resolution decreasing methods which are nearest neighborhood, bilineer and bicubic interpoation methods are examined. It is obviously seen that, each methods have some advantages and disadvantages when compared to each other for different resolution rate. For example, nearest neighborhood method is observed as fastest one and more immune to higher resolution rates as well. Nonetheless, bicubic interpolation method is much better in terms of preserving fine details and texture monotony characteristics. Each methods are also shows similar processing time performance at lower resolution rates. Thus, the bicubic interpolation is determined as optimum resolution decreasing method in terms of its contribution on segmentation accuracy and available processing speed. Bicubic interpolation method gets the segmentation process to run faster by means of reducing computational cost of further pre-processing techniques with FCM and KM algorithms as well. After that, illumination and shadow compensation techniques are derived so as to diminish light reflections on images. In this study, the methods are considered in two groups which are adaptive thresholding methods and gamma correction method. In adaptive thresholding methods, the gray scale images are processed as locally by means of intensity based statistics or globally by using histogram features. Otsu method is commonly used thresholding method using global histogram features, but the method is actually can not achieve satisfactory results on sharp illumination or shadow variations. Niblack, Sauvola, Wellner and Integral are other adaptive thresholding methods included in this study which perform local processing. Among these methods, especially Integral thresholding comparatively shows better response and reveal the textures more effectively under the severe shadow/illumination conditions. Unfortunately, all adaptive methods in this study deal with gray scale images and the gray scale processing results in information loss come through with color features. Hence, gamma correction method is investigated in order to compensate shadow and illumination conditions while preserving color information. By the way, the concept of gamma is derived as a function of relationship between light or dark pixels by using conformal mapping. After that, the gamma values are balanced by referencing mean value of total image intensity. In other word, the RGB (Red Green Blue) color values in lighter pixels are decreased while those of darker ones are increased up to mean value. Accordingly, it is clearly seen that shadows and illuminations are disappeared at a certain rate by arranging some control parameters. The final pre-processing step is noise reduction and image smoothing providing much more smoothed textures. In this case, edge preserving and non-edge preserving smoothing methods are introduced in this study. Firstly the researches related to the color space analysis are observed and general results show that CIELab color space has much more monotonous intensity distribution compared to RGB space. Accordingly, all filters are designed and performed on both RGB and CIELab so as to demonstrate color space advantages on smoothing. After that, gaussian and mean of sliding window are evaluated in processing time point of view at first glance. The results show that each filter has approximately same and appropriate computational time; however, the filters do not behave as edge selective and generally lead to blur effects on image. That's why, the fine details of objects or textures are disappeared, each clusters structures in image becomes distorted and then the segmentation error always goes up. On this issue, edge preserving smoothing techniques are examined and derived in three groups like local similarity measurement, superpixel, and bilateral filter methods. In local similarity measure, the filter uses spatial and intensity features of pixels by using region of interest approach to determine filter coefficients. The coefficients are reshaped by intensity based distance calculations (gradients) and spatial distances. The gradients of pixels in same texture are generally low values as expected and the spatial distances are also has some clue about relation between center and its neighbor pixels through the sliding window over the image. When the filter window coincides to the texture part, smoothing characteristics of coefficients become more dominant. If the sliding rectangular window reaches edge regions, the gradient values are dramatically changes to high values and the coefficients turn to passive in smoothing point of view. In this manner, each clusters or textures in image are smoothed in itself while edges or boundaries are left as much close as to original forms. Nevertheless, MATLAB simulations illustrate that, local similarity measure is slowest method among the three edge preserving methods because of its high computational complexity. The superpixel algorithm is another edge preserving smoothing method that is actually faster method compared to local similarity measure. The method has different approach to smooth the texture while preserving edges by using superpixel concept which means a pixel group showing similar properties. In this method each pixels are considered as a vector containing CIELab color components and pixel spatial coordinates. After that, all image are presented as `K` amount of superpixels in which center pixel is determine either its own intensity or neighbor intensities by calculating the special combination of euclidean and spatial distance of pixels in superpixel region. The mean value of iteratively converging pixel intensities is represented as the main intensity of superpixel. In this approach, the edge parts actually equal to boundaries between the superpixels. Thus, while the concide pixels in superpixel region is become equal and smoothed, the edge parts of image are preserved with some tolerance depend on number of superpixels. The more superpixels are determined to represent total image, the better edge preserving performance are obtained; however, the smoothing performance also decreases at that rate. The final and more striking edge preserving smoothing method in this study is bilateral filtering which is a special form of gaussian filtering that changes its response according to pixels whether they are in edge region or not. Actually bilateral filter coefficients are determined as exponentially by euclidean distance of intensities and spatial distribution of pixels. In this method, central pixels are compared to its neighbor pixels along the specified sliding window. If the euclidean distances are equal or near at a certain rate while spatial distance is also close between center and neighbor pixels, then the filter decides that the pixels belongs to same class and the region should be smoothed severely. If the sliding window encounters edge part, the variance of pixels naturally seen as high values and the filter reduce smoothing degree and keeps the region as much sharp as possible. The filter smoothing function is also controlled by some parameters defined by manually. The computational cost of bilateral filter is approximately same as local similaritiy measure method and the MATLAB simulations show that while edge preserving performance is good enough, the processing time is not sufficient for real time limitation. On this issue, the method is implemented again by using PYTHON/OpenCV library with its effective and simple coding structure. The PYTHON implementation shows that the processing time is dramaticaly reduced and the system reaches 90 Fps processing rates. The implementation also enhance the current study to operate in real time embedded Linux systems. In this study, the system is also supported by algorithm based enhancement on pre-processing and improvement on FCM and KM algorithms as well. One of these improvements is vectorization of multidimensional matrix data such as mxnxk dimentional color images or mxnxc dimentional fuzzy membership matrix in FCM algorithm. It is generally known that the processors have more difficulty to handle memory allocation or to perform some complex filtering process, even make some basic mathematical computations while dealing with matrix data compared to vector data. Thus, the images taken from camera as a matrix form are turned to vector structure. According to MATLAB simulation, the vectorization method raised the system operating speed up to 5-7 times more. The another algorithm based improvement is initial cluster center determination for FCM and KM algorithms. It is very significant to define initial cluster centers as much close as ideal ones. In traditional FCM and KM algorithms, initial cluster centers are calculated as randomly that's why, the algorithm may not converge the true centers, segmentation error increases and the algorithm may require much more iterations. Thus, a novel method called as ordering split is adapted to both algorithms. In this method, both FCM and KM algorithms are initialized with more appropriate cluster centers and the algorithms run more robust with less iterations which means that more reliable and faster algorithms are obtained. The final algorithm based improvement is making pixel vise reduction on image. In this technique, the pixels having same intensity values are regarded as one pixel by using histogram data of image. Accordingly the more efficient smoothing is applied, the more pixel reduction is achieved in this method. The simulation results show that the images are shrinked based on pixel number up to %88 and the system computational cost is effectively reduced thanks to pre-processing steps.As a conclusion, traditional FCM and KM algorithms are improved by performing both pre-processing techniques and algorithm based enhancements. The system is also implemented on PYTHON to overcame the drawbacks of pre-processing techniques and ensure availability to embedded Linux systems. It is also possible to express that this study may enhanced by making some control parameters of pre-processing steps adaptively adjustable according to dramatically changing conditions of real time images as a future work. 111

Mikrodalga görüntüleme (MWI) da˘gınık elektrik alan ölçümlerinden eri¸silemeyen hedeflerin fiziksel özelliklerini göstermeyi amaçlar. Mikrodalga görüntüleme tahribatsız test (NDT), yeraltı görüntüleme, duvar görüntüleme ve biyolojik görüntüleme gibi uygulamalarda kullanılır.Mikrodalga görüntüleme kullanmanın temel nedeni, biyolojik dokularla etkile¸sime girdi˘ginde MWI'nin iyonla¸stırıcı olmayan do˘gasıdır. Biyomedikaldeki ço˘gu mevcut görüntüleme teknolojisi, insan için zararlı olabilecek iyonla¸stırıcı radyasyona dayanmaktadır.Mikrodalga görüntüleme do˘grudan ve ters problemleri içerir. Do˘grudan problem, saçılımcıların özelliklerini bilerek da˘gınık alana bir çözüm ara¸stırır. Da˘gınık alan genellikle analitik olarak hesaplanamaz, bu nedenle fiziksel optik, modal teknikler veya integral denklem yöntemleri gibi sayısal yöntemler uygulanır. Ters problemler, görüntüleme alanının dı¸sında ölçülen da˘gınık alan kümesiyle saçılmanın bilinmeyen özelliklerini yeniden yapılandırır. Mikrodalga ters problemleri nitel veya nicel mikrodalga görüntüleme olarak sınıflandırılır.Niteliksel mikrodalga görüntüleme, sadece hedeflerin ¸seklini ve konumunu yeniden yapılandırır, ancak niceliksel mikrodalga görüntüleme, geçirgenlik ve iletkenlik gibi elektromanyetik özelliklerini de gösterir. ˙Iki iyi bilinen nitel ters saçılma yöntemi vardır; (i) do˘grusal örnekleme yöntemi (LSM) ve (ii) faktörizasyon yöntemi (FM).Bu yöntemler, bir görüntüleme alanı üzerindeki her nokta için bir integral denkleminin tersine çevrilmesine dayanır. Sorgulama alanından bir görüntüyü yeniden olu¸sturmak için saçılma probleminin do˘grusallı˘gını kullanırlar ve hesaplama açısından verimli ve hızlıdırlar.Konvansiyonel mikrodalga görüntüleme, hat antenleri olarak görüntüleme alanına elektromanyetik enerjiyi e¸sle¸stiren ortam ile birle¸stirir. Ölçüm sistemlerinde ve çevrede istenmeyen yansımaların olu¸sması nedeniyle, kayıp modelleme hatasını azaltmak için e¸sle¸stirme ortamı olarak tanımlanmı¸stır. E¸sle¸sen ortama ilave kayıp,bazı uygulamalarda yıkıcı olabilecek sinyal-gürültü oranını azaltır. Endüstri ve biyomedikal uygulamalar, dı¸s görüntüleme alanından istenmeyen saçılmayı azaltmak için metalik odaların içindeki mikrodalga görüntülemesini gerektirir. ˙Iç bo¸sluk görüntüleme, dü¸sük kayıplı e¸sle¸stirme ortamını korurken veri çekmede modelleme hatasını ve gürültü giri¸simini azaltabilir. Metalik boruların ve mikrodalga meme görüntülemesinin i¸slem izlemesi için bu tezde, klasik ve dikdörtgen ¸seklindeki iki silindirin içindeki görüntülemeler incelenmi¸stir.¸Simdiye kadar, literatür, yapının analitik green fonksiyonu yerine hesaplama yöntemleri ile oda içindeki görüntüye nicel görüntüleme yakla¸sımı içermektedir. Burada, analitik dyadik green fonksiyonu hızlı ve verimli nitel mikrodalga görüntüleme, anomaliyi yeniden olu¸sturmak için kullanılır. Metalik muhafaza içerisindeki görüntüleme rezonans frekansları nedeniyle sabit olmaz, bu nedenle literatür, bu rezonansları nemlendirmek için bo¸slu˘gun içine küçük bir kayıp sokmayı veya bir kısmını açmayı önerir.Tezin ilk bölümü, metalik oyukların içindeki ikili analiz ve elektromanyetik radyasyondaki bazı zorunlu teorileri gözden geçirmektedir. Elektrikli dyadic Green'in dikdörtgen ve silindirik fonksiyonu tanıtıldı. Bu bölüm, bu çalı¸smada kullanılan inversiyon yöntemleri olarak LSM ve FM'yi de inceler. Tezin ikinci kısmı metalik boru hatlarının i¸slem izlemesini önermektedir. Metalik boru hatları ve çevresel yansımalar genellikle geleneksel mikrodalga görüntüleme için modelleme hatasını arttırır, bu nedenle bo¸sluk içi görüntüleme bu tür senaryolardapratik bir çözüm olabilir. Dikdörtgen bir bo¸sluk, metal borulara, üst ve alt tarafındaki dairesel delikler vasıtasıyla ba˘glanır. PVC tüp mısır bo¸slu˘gunun içine akan mısır kılavuzları. 3 katmana yerle¸stirilmi¸s ve 3GHz'de çalı¸san 24 anten, bo¸slu˘gun içini aydınlatır ve da˘gınık elektrik alanını, akan ya˘gdaki olası anormallikten ölçer. Bu veri, görüntüyü yeniden yapılandırmak için Faktörle¸sme Yöntemi ile tersine çevrilir.Görüntü rekonstrüksiyonları dikdörtgen alanın içine yayılan z-yönelimli dipol için baskın bile¸sen olan elektrik alanının z-bile¸senine dayanmaktadır. Bu varsayım, Green fonksiyonunu fiziksel ve hesaplamalı olarak basitle¸stirir. ˙Içindeki elektromanyetik dalga ayakta dalga formunda oldu˘gundan, anten konumlarının istenen e¸sle¸smeye sahip olması için optimize edilmesi gerekir.Bo¸slu˘gun üst ve alt tarafında iki delik bulunmasına ra˘gmen, silindirik metalik boru hattının içinde ilerleyen modların uyarılmasının önlenmesi için çalı¸sma frekansı dikkatli bir ¸sekilde seçilir. Antenlerden biri yayıldı˘gı zaman bo¸sluk içindeki bir görüntü formu alanı da˘gılımı boru hattına önemsiz enerji kaça˘gı oldu˘gunu onaylar.Simülasyon, tek frekanslı görüntü rekonstrüksiyonunun stabil olmadı˘gını ve görüntüleme etkilerinde yapay nesnelerin görülebildi˘gini, ancak çok frekanslı görüntünün, bu durumda iki su küresi olan anormalliklerin güvenilir ¸sekilde algılanmasına neden olabilece˘gini göstermektedir. Süreç izleme teknikleri genellikleakı¸s kesitinden 2D görüntüye ihtiyaç duyar, bu nedenle monopol antenlerin bo¸slu˘gun alt tarafına yerle¸stirildi˘gi pratik bir sistem tasarlanır ve görüntüler boru içindeki farklı da˘gılımlardan elde edilir. Benzer ¸sekilde, 16 antenin tek kattaki konumları ve yükseklikleri, S-parametresiyle en iyi uyumu elde etmek için optimize edilmi¸stir. Tezin üçüncü bölümü, meme görüntüleme uygulamaları için silindirik bo¸sluk içindekigörüntülemeye odaklanmaktadır. Hücre içi görüntülemenin, görüntüleme alanından çıkarılan verilerde modelleme hatasını ve gürültü giri¸simini azaltması beklenir. HFSS'de cilt, ya˘g ve kas dokusu ile gerçekçi bir gö˘güse yakın parametrelere sahip bir yarım küre modelinin simulasyonu yapılmı¸stır. 3GHz'de çalı¸smak üzere optimizeedilmi¸s 36 adet z-merkezli yarım dalga boyu dipol antenler, da˘gınık elektrik alanını tümörlerden ölçer. Elektromanyetik davranı¸s durgun dalga formunda oldu˘gundan, antenlerin konumu empedans e¸sle¸smesi ve ayarlama için önemlidir. Birinci kısım ile aynı dü¸sünce, silindirik bo¸sluk içindeki Green fonksiyon için de kullanılır ve görüntü rekonstrüksiyonları, silindirik bo¸sluk içerisinde yayılan z-merkezli dipol için baskın bile¸sen olan elektrik alanının z bile¸senine dayanır. E¸sle¸sen ortam nemli rezonanslara kar¸sı küçük iletkenli˘ge ve gö˘güs derisine yakın bir geçirgenli˘ge sahiptir. Bu yüksek geçirgenlik cilt etkisini azaltır ve tümörün bulundu˘gu memenin ya˘g dokusuna dalga penetrasyonunu arttırır. Tek frekanslı görüntüler güvenilir de˘gildir çünkü iki tümör açıkça ayırt edilemez. Çok frekanslı görüntüler, gerçekçi meme modelleri için hedeflerin belirlenmesinde sa˘glam sonuçlar göstermektedir. Microwave imaging (MWI) aims to show physical properties of inaccessible targets from the scattered electric field measurements. Its applications include nondestructive testing (NDT), subsurface imaging, through wall imaging and biological imaging. The main reason for employing microwave imaging is non-ionizing nature of MWI wheninteracted with biological tissues. Most current imaging technologies in biomedical are based on ionizing radiation which might be harmful for human. Microwave imaging includes direct and inverse problems. Direct problem investigates a solution to the scattered field by knowing features of scatterers. The scattered field cannot be usually calculated analytically, so numerical methods such as physical optics, modal techniques or integral equation methods are applied. Inverse problems reconstruct unknown characteristics of scatterers by set of measured scattered field outside the imaging domain. Microwave inverse problems are classified as qualitativeor quantitative microwave imaging.Qualitative microwave imaging reconstructs only shape and location of targets but quantitative microwave imaging depicts their electromagnetic properties such as permittivity and conductivity as well. There are two well-known qualitative inverse scattering methods namely; (i) linear sampling method (LSM) and (ii) factorizationmethod (FM). These methods are based on inverting an integral equation for each point over an imaging domain. They utilize linearity of the scattering problem to reconstruct an image from investigation domain and are computationally efficient and fast. Conventional microwave imaging approximate antennas as line sources and matching medium to couple electromagnetic energy into imaging domain. As there will be undesired reflection form measuring systems and environment, loss is introduced to matching medium to decrease modeling error. Added loss to matching medium reduces signal-to-noise ratio which might be destructive in some applications. Industry and biomedical applications necessitate microwave imaging inside metallic chambers to decrease undesired scattering from outside imaging domain. Inside cavity imaging can decrease modeling error and noise interference in data extraction while maintaining low-loss matching medium. Imaging inside two conventional cavities–rectangular and cylindrical– are studied in this thesis for process monitoring of metallic pipes and microwave breast imaging.So far, the literature contains quantitative imaging approach to image inside chamber by computational methods instead of analytic green function of structure. Here, fast and efficient qualitative microwave imaging with analytic dyadic green function is exploited to reconstruct anomaly.Imaging inside metallic enclosure would not be stable due to resonant frequencies so, the literature also proposes introducing small loss inside cavity or opening some part of it in order to damp these resonances. The first part of thesis reviews some imperative theories in dyadic analysis and electromagnetic radiation inside metallic cavities. The electric dyadic Green's function of rectangular and cylindrical are introduced. This part also reviews LSM and FM as inversion methods used in this study.The second part of thesis proposes process monitoring of metallic pipe lines. Metallic pipelines and environmental reflections usually increase modeling error for conventional microwave imaging so, inside cavity imaging might be a practical solution in such scenarios. A rectangular cavity is connected to metallic pipes via circular holes in top and bottom side of it. PVCs tube guides flowing corn oil inside cavity. 24 antennas located at 3 layers and working at 3GHz illuminate inside cavity and measure scattered electric field from possible abnormality in flowing oil. This data is inverted by Factorization Method to reconstruct image. Image reconstructions are based on z–component of electric field being the dominant component for z oriented dipole radiating inside rectangular cavity. This assumption simplifies the Green function physically and computationally. As the electromagnetic wave inside is in standing wave form, antennas locations have to be optimized to have desired matching.Although there are two holes in top and bottom side of cavity, frequency of operation is carefully chosen to prevent excitation of propagating modes inside cylindrical metallic pipeline. An image form field distribution inside cavity when one of the antennas radiates approves that there is negligible energy leakage into pipeline. The simulation depicts that single frequency image reconstruction is not stable and artifacts are visible in imaging domain but multifrequency image can result in reliable detection of abnormality which are two water spheres in this case. Process monitoring techniques usually need a 2D image from cross section of flow, so a practical system in which monopole antennas are located at bottom side of cavity is designed and images areobtained from different distributions inside pipe. Similarly, the locations and heights of 16 antennas in single layer are optimized to obtain the best matching via S-parameters. The third part of thesis focuses on imaging inside cylindrical cavity for breast imaging applications. Inside chamber imaging is supposed to decrease modeling error and noise interference in data extracted form imaging domain. A hemispherical model with parameters similar to a realistic breast with skin, fat and muscle tissue is simulated in HFSS. 36 z oriented half wavelength dipole antennas optimized to work at 3GHz measure the scattered electric field from tumors. As the electromagnetic behavior is in standing wave form, antennas location is important for impedance matching and tuning. The same consideration with part one is employed for the Green function inside cylindrical cavity as well and image reconstructions are based on z-component of electric field being the dominant component for z oriented dipole radiating inside cylindrical cavity. Matching medium has small conductivity to damp resonances and a permittivity close to breast skin. This high permittivity mitigates skin effect and increases wave penetration into fat tissue of breast where tumor exists. Single frequency images are not reliable as two tumors are not clearly discernible.Multifrequency images depict robust results in detecting targets for realistic breast models. 71

Elektrokimyasal empedans spektroskopisi (EIS) ile elektrot-elektrolit arayüzeyinin ve analizi yapılacak moleküllerin bağlanma kinetiklerinin ölçümü yapılmaktadır. Elektrokimyasal teknikler içinde EIS, moleküler etkileşimlerin elektrokimyasal analizlerinde, sensör ve biyosensör teknolojisinin geliştirilmesinde yaygın olarak kullanılmaya başlanmıştır. EIS, özellikle afinite temelli biyosensör ve sensör uygulamalarında bağlanma bölgeleri ile sinyal iletim sistemlerinin birbirine bağlanmasında avantaj sağlayan bir yöntemdir. Ayrıca EIS yöntemi; kolay uygulanabilirlik, hassas ölçüm yapabilme kabiliyeti ve düşük maliyeti ile elektroanalitik analizlerde de sıklıkla tercih edilmektedir. EIS yöntemi kullanılarak yapılan analizlerde genellikle ikili ya da üçlü elektrot sistemi kullanılmaktadır. Bu çalışmada, elektrokimyasal analizde, çalışma elektrodu (kalem grafit elektrot (PGE)), yardımcı elektrot (platin tel) ve referans elektrottan (Ag/AgCl) oluşan üçlü elektrot sistemi kullanılmıştır. Çalışma elektrodu olarak kalem grafit elektrot kullanılması, yüksek elektrokimyasal aktivitesi, düşük maliyeti ve tekrar üretilebilir elektrot yüzeylerinin olması, kolay ulaşılabilmesi ve mekanik sertliğinin de iyi olması gibi avantajlarından dolayı diğer elektrotlara üstünlük sağlamaktadır. Bu avantajlar kalem grafit elektrotların birçok elektroanalitik çalışmada kullanımını yaygın hale getirmiştir. Bu çalışmada empedans bazlı ölçümlerin seçiciliğini ve spesifikliğini sağlamak amacıyla kalem grafit elektrodlar ve moleküler baskılama yöntemiyle düşük maliyetli, kolaylıkla kullanılabilen, kolin molekülünün hassas ve seçici olarak belirlenmesine yönelik elektrokimyasal biyosensör geliştirilmiştir. Kalem grafit elektrot üzerine moleküler baskılama yöntemiyle kolin baskılanmış olup, daha sonra kolin molekülleri elektrot yüzeyinden uzaklaştırılarak sadece kolin molekülünün bağlanabileceği kolin tanıma bölgeleri oluşturulmuştur. Yüzeyinde farklı miktarlarda kolin boşluğu olan çalışma elektrotlarının, farklı derişimlerde kolin içeren çözeltilerde dönüşümsel voltametri (CV) ve elektrokimyasal empedans ölçümlerinin (EIS) analizi yapılmış, çözeltinin değişen kolin derişimine karşı verdiği akım, gerilim ve empedans yanıtları incelenmiştir. CV ve EIS, elektrot yüzeyinde meydana gelen değişikliklerin ve etkileşimlerin tespit edilmesinde kullanılan, oldukça hassas ölçüm yöntemleridir. CV yöntemi kullanılarak -500/+500 mV arasında değişen gerilim değerine karşı değişen akım yanıtları incelenirken, EIS yöntemiyle empedansta meydana gelen değişimler incelenmektedir. Bu çalışmada asetik tampon çözeltisi (ABS) içerisinde optimizasyonu yapılan elektrotlar kullanılmıştır. Daha sonra elektrotlar negatif ve pozitif kontrol grubu da dahil olmak üzere toplam altı farklı elektrot grubuna ayrılarak, deneysel elektrodların üzerine dört farklı kolin derişiminde moleküler baskılama yapılmıştır. Elektrotların 5 mM [K3Fe(CN)6]-3/-4 redoks çifti içeren fosfat tampon çözeltisi (PBS) içindeki davranışı CV ve EIS yöntemleriyle altı farklı kolin derişiminde karakterize edilmiştir. PBS çözeltisinde yapılan ölçümlerin sonucunda, kolin derişimindeki artışla birlikte artan miktarda molekül elektrot yüzeyine tutunacağından, empedansta da beklendiği gibi bir artış görülmüştür. Dört farklı derişimde kolin baskılanan elektrotların tayin aralıkları altı farklı derişimde kolin içeren PBS çözeltisinde tespit edilerek yapılan regresyon analizine göre en optimum sonucu veren elektrotlar belirlenerek, bu elektrotların seçicilik ve spesifisitesi incelenmiştir. Elektrotların koline özgünlüğünü tespit etmek amacıyla, yakın yapıdaki TRIS molekülü kullanılarak spesifisite analizi gerçekleştirilmiştir. Altı farklı kolin derişiminde yapılan analizlerdeki derişimlerle aynı derişime sahip TRIS çözeltileri hazırlanarak PBS içinde elektrotların ölçümleri yapılmıştır. Yapılan spesifisite analizi sonucunda, kolin baskılanarak hazırlanan elektrotların koline özgü çalıştığı gösterilmiştir. Elektrotların kan serumunda bulunan kolin miktarının tespitinde kullanılabilirliği standart katma metodu yardımıyla gerçekleştirilmiştir. Bu metotta amaç, örneğe eklenen, sabit hacimde ve derişimi bilinmeyen analite karşı değişen miktarlarda ve derişimi bilinen standardın eklenerek enstrüman yanıtında meydana gelen değişiminin saptanması ve bu değişim baz alınarak analitin derişiminin hesaplanmasıdır. Örneğe, sabit miktarda (0.5 mL) serum eklenmesine karşı değişen miktarda (5, 10, 15 ve 20 mL) ve derişimi bilinen standart eklenerek ve toplam hacim PBS ile 30 mL'ye tamamlanarak analiz yapılmıştır. EIS grafiğinden elde edilen empedans verilerine göre yapılan regresyon analizi ve hesaplamalara göre kandaki kolin miktarının 10.64 ± 0.546 µM olduğu tespit edilmiştir.Bu tez çalışmasının sonucu olarak kan serumunda kolin tespitinde en başarılı yanıtı 2E-1ChMPGE elektrodunun verdiği görülmüştür. 2E-1ChMPGE elektrodunun tayin aralığı 71.6 pM-7.16 µM, tayin sınırı da 71.6 pM olarak tespit edilmiştir. Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) is used to measure the electrode-electrolyte interface and the binding kinetics of the molecules to be analyzed. In electrochemical techniques, EIS has been widely used in the electrochemical analysis of molecular interactions and in the development of sensor and biosensor technology. EIS is an advantageous method of connecting signal transduction systems with binding sites, especially in affinity-based biosensors and sensor applications. In addition, the EIS method is preferred in electroanalytical analyzes because of its easy applicability, precise measurement capability, and low cost. Analyzes, where the EIS method is utilized are usually carried out in two or three-electrode systems. In this study, in the EIS analysis, a three-electrode system consisting of a working electrode (pencil graphite electrode (PGE)), a counter electrode (platinum wire) and a reference electrode (Ag/AgCl) was used. The pencil graphite electrode as the working electrode is superior to other carbon-based electrodes due to its advantages such as high electrochemical activity, low cost and reproducibility of electrode surfaces, ease of accessibility and good mechanical rigidity. These advantages have made the use of pencil graphite electrodes widespread in many electroanalytical studies. In this study, electrochemical biosensor has been developed with low cost and easily usable for the determination of choline molecule by using pencil graphite electrodes and molecular imprinting (MIP) method in order to provide highly selective and specific impedance-based measurements. Choline was imprinted on the graphite electrode surface by molecular imprinting method. Then these choline molecules as a template molecule were removed from the electrode surface and choline recognition sites were formed which could only bind the choline molecule. Working electrodes with different amounts of choline recognition sites on the surface were analyzed in choline-containing solutions at different choline concentrations. Their current, voltage and impedance responses to the changing choline concentration of the solution were investigated on cyclic voltammetry (CV) and EIS methods. CV and EIS are highly sensitive and accurate methods which are used to detect changes and interactions on the electrode surface. In this study, the changes in impedance are examined by EIS method while changing current responses with varying voltage values between -500/+500 mV are examined by CV method. In this study, electrodes optimized in acetic buffer solution (ABS) were used. The electrodes were then divided into a total of six different electrode groups, including the negative and positive control groups, and molecular imprinting was applied on the experimental electrodes at four different choline concentrations which were named as 2E-1ChMPGE, 5E-1ChMPGE, 10E-1ChMPGE and 20E-1ChMPGE according to imprinted concentrations. The behavior of the electrodes in phosphate buffer solution (PBS) containing 5 mM [K3Fe(CN)6]-3/-4 redox pairs was characterized by CV and EIS methods at six different choline concentrations which were E-11 M, E-10 M, E-9 M, E-8 M, E-7 M and E-6 M. As a result of the measurements made in the PBS solution, an increase in the impedance was observed as expected due to the increasing amount of choline concentration attached to the electrode surface. When the choline sites on the electrode surface also increase with increasing imprinted choline concentration, more choline can be attached to these sites since choline-binding properties are affected. Thus, the diameter of the semicircle of the Nyquist diagram, Rct, increases due to choline adsorption to the electrodes. As a result of regression analysis based on impedance values, 2E-1ChMPGE, 5E-1ChMPGE, 10E-1ChMPGE and 20E-1ChMPGE electrodes success choline detection in the rate of 97.96%, 97.98%, 96.88% and 91.99%, respectively. The detection range (DR) of four different concentrations of choline imprinted electrodes were determined in PBS solution containing six different concentrations of choline. The electrodes giving most optimum results were determined according to the regression analysis, and the selectivity and specificity of these electrodes were examined. In order to determine the specificity of the electrodes to choline, specificity analysis was performed using the TRIS molecule having a similar structure.In order to show that the responses of the electrodes were specific to choline, specificity analysis was performed to investigate the responses to the different molecule. The specificity of choline imprinted pencil graphite electrodes was conducted on TRIS (hydroxymethyl) aminomethane molecule to show that the electrodes made a choline specific detection. For analysis, the PBS solutions of TRIS were prepared. Then, the electrodes were analyzed in PBS containing TRIS solutions as the same concentrations with six different choline concentrations. As a result of the EIS responses, it is seen that impedance and Rct values decrease in the increasing number of moles of TRIS in PBS. This demonstrates that the added TRIS does not bind to the choline sites on the electrode surface and stands in the solution. In this way, the conductivity of the solution increased. It has been found that with increasing solution conductivity, the current flow increases and thus the impedance decreases as expected. In consequence, a successful specificity analysis was performed in 95.21% for 2E-1ChMPGE and 94.54% for 5E-1ChMPGE electrodes. The usability of the electrodes in determining the amount of choline in the blood serum was conducted by using the standard addition method. This method is preferred as the calibration method for the determination of an analyte whose concentration is unknown in complex matrices such as biological liquids, soil samples, etc. The signal obtained from the analyte may be blocked by other components present in the complex matrix and error can occur while the determination of analyte concentration. Standard addition method can overcome this problem to a great extent. The main purpose of this method is to insert analyte and standard to the sample and observe changes in instrument response which is impedance for this thesis. It is assumed that the variety in impedance response between the analyte sample and sample results only from the change in analyte concentration. The standard addition method was performed by adding a constant amount (0.5 mL) of serum versus a varying amount (5, 10, 15 and 20 mL) and the known concentration of the standard. And PBS was added until the total sample volume was 30 mL. The EIS results for the 2E-1ChMPGE and 5E-1ChMPGE electrodes show the correlation between increased choline concentration and impedance which indicate the binding of choline. In accordance with EIS graphs of 2E-1ChMPGE and 5E-1ChMPGE electrodes, it is seen that impedance and Rct values increase regularly. According to the regression analysis and calculations made based on the impedance data obtained from the EIS graph, the amount of choline in the blood was found to be 10.64 ± 0.546 µM. In the standard addition method, the analysis was completed 98,32% success rate for 2E-1ChMPGE and 94,12% success rate for 5E-1ChMPGE electrode.As a result of this study, it was seen that the most successful response in the detection of choline in blood serum was given by 2E-1ChMPGE electrode. The detection range of 2E-1ChMPGE electrode is 71.6 pM-7.16 µM and the limit of detection is 71.6 pM. Besides, the preferred molecular imprinting method for choline detection is superior to many electrochemical studies in the literature as it is particularly easy to apply and economical, and can measure in a short time and at a wide detection limit. The low cost of PGE production, the analysis time is between 4.5-5 minutes and the determination range is wide indicate that the biosensor developed in this study can be used effectively in choline detection. 121

Günümüzün en ciddi sağlık problemlerinden biri olan kanser dünya üzerindeki ölüm sebepleri arasında üst sıralarda yer almaktadır. Farklı yaşlarda ve özelliklerde milyonlarca insan kanser türlerinden birine yakalanmakta ve birçoğu bu hastalık sebebiyle hayatını kaybetmektedir. Kanser hastalığında en önemli hususlardan biri hastalığın erken safhalarda teşhis edilmesidir. Erken teşhisle hastalığın yenilmesi mümkün olabilmektedir. Kanserin teşhisi ile ilgili çalışmalar yapan bilim dalı patoloji, bu alanda uzmanlaşan doktorlar patolog olarak adlandırılmaktadır. Hastalıklı dokuların incelenmesi zor ve zaman alıcı bir iş olduğundan kanserin erken teşhisinde patoloji bilimine önemli görevler düşmektedir. Ayrıca uzman doktorun tecrübesi doğru teşhis açısından önem arz etmektedir. Zaman zaman doktor tecrübesizliği nedeniyle hatalı teşhis ve tedaviler yapılabilmektedir. Gelişen teknoloji sağlık alanına da her geçen gün yeni katkılar sunmaktadır. Görüntüleme tekniklerinin gelişmesiyle patolojik görüntülerin sayısal ortama aktarılabilmesi mümkün olmuştur. Sayısal ortama aktarılan görüntüler sayısal histopatolojik görüntü olarak adlandırılmaktadır. Histopatolojik görüntüler bir çok doktor tarafından ortak bir mekanda aynı anda incelenebilmekte ve bu durum hastalıkların teşhisinin daha isabetli olmasını sağlamaktadır. Ayrıca bu yöntem uzaktan bağlantı ile aynı ortamda bulunmayan patologların da desteklerinin alınabilmesini sağlamaktadır. Patolojik görüntülerin sayısallaştırılmasının bir diğer avantajı ise histopatolojik görüntülerin bilgisayar ortamında işlemeye uygun olmasıdır. Bu sayede doktorların üzerine düşen iş yükünü hafifletecek bilgisayar destekli teşhis sistemlerinin geliştirilmesi mümkün olmaktadır.Kanserin teşhisi için hücresel yapıların analizi büyük bir öneme sahiptir. Özellikle hücre çekirdeklerinin şekli, boyutu ve belirli bir alandaki sayısı kanserin teşhisinde belirleyici rol oynamaktadır. Bu nedenle literatürde hücresel yapıların bölütlenmesi ve elde edilen sonuçların yorumlanması üzerine çeşitli çalışmalar yapılmaktadır. Bilgisayar destekli teşhis sistemlerinin ilk kademesini histopatolojik görüntünün işlenmesi ve hücresel yapıların doğru bir şekilde bölütlenmesi oluşturur. Bu tez çalışmasında bilgisayar destekli teşhis sistemlerinin ilk kademesini oluşturacak şekilde görüntünün işlenmesine ve hücre çekirdeklerinin bölütlenmesine yönelik algoritmalar geliştirilmiştir. Yapılan çalışmada ilk olarak histopatolojik görüntünün elde edilme süreci incelenmiştir. Bu süreçte hücresel yapılar üzerinde hangi işlemlerin uygulandığı ve ne tür bozulmalar olduğu araştırılmıştır. İnceleme sonucu, kullanılacak yöntemlerin başarımını arttıracak değerlendirmeler yapılmıştır. Sonrasında görüntünün işlenmesi ve bölütlenmesi gerçekleştirilmiştir. Bölütleme işleminde ilk olarak bölütleme süresini kısaltmak amacıyla histopatolojik görüntülerin boyutu küçültülmüştür. Bu işlem görüntüyü bozmayacak ve bölütleme başarımını azaltmayacak oranda yapılmıştır. Sonrasında görüntüye gürültüyü bastırırken aynı zamanda görüntünün keskinliğini koruyan medyan filtre uygulanmıştır. Uygulanan önişlem adımlarının ardından histopatolojik görüntüler üç farklı yöntem ile kümelenmiştir.Görüntü öncelikle K-ortalamalar ve Bulanık C-ortalamalar yöntemleriyle kümelenmiştir. Bu yöntemlerle yapılan kümeleme işlemlerinde benzer sonuçlar elde edilmiştir. Her iki yöntemde de bölütleme için küme sayısı 2 olarak seçildiğinde çekirdeklerle birlikte hücre çeperleri de çekirdek olarak kümelenmiştir. Küme sayısı 4 olarak seçildiğinde ise birçok çekirdek, çekirdek olarak kümelenememiştir. Görüntüler 3 kümeye ayrıldığında daha başarılı kümeleme sonucu elde edilmiştir. Ancak bu yöntemlerin homojen olmayan bazı hücre çekirdeklerini bölütleyemedikleri görülmüştür. Homojen olmayan yapıların düzgün bir şekilde kümelenmesine yönelik görüntüyü hem global hem de yerel olarak inceleyen Bulanık Yerel Bilgi C-ortalamalar Algoritmasının başarımı araştırılmıştır. Bu yöntem görüntünün incelenmesi esnasında yerel bir pencere kullanmakta ve o bölgedeki komşu pikselleri bir arada değerlendirmektedir. Pencere boyutunun değişimi kümeleme başarımını etkilemektedir. Yapılan analizlerde çeşitli pencere boyutları ve küme sayılarına göre testler gerçekleştirilmiş ve optimum pencere boyutu 3x3 ve küme sayısı 4 olarak tespit edilmiştir. Uygun boyutta seçilen yerel pencere ve Bulanık Yerel Bilgi C-ortalamalar Algoritması kümeleme başarımının oldukça artmasını sağlamıştır. Bu yöntemle homojen olmayan hücre çekirdekleri de doğru bir şekilde kümelenebilmiştir. Kümeleme sonrasında görüntü bölütleme başarımını arttıracak bazı son işlem adımlarıyla işlenmiştir. Kümelenen görüntü ilk olarak morfolojik işlem uygulanabilecek şekilde ikili yapıya (binary) dönüştürülmüştür. Bu işlemin sonrasında görüntü, morfolojik aşınma ve genişletme işlemlerinin art arda uygulanması olan açma işlemine tabi tutulmuştur. Açma işlemi ile görüntü içindeki küçük nesnelerin temizlenmesi sağlanmıştır. Ayrıca birbirine yakın olan ve temas eden çekirdeklerin bir miktar ayrılmaları sağlanmıştır. Açma işleminin ardından görüntüye ikili büyük nesne analizi uygulanmıştır. Analiz ile görüntü içindeki bütün nesneler tespit edilmiş, hücre çekirdeği olamayacak kadar küçük nesneler elenmiştir. Bazı hücrelerin temas etmesi veya üst üste gelmesi nedeniyle normalde çekirdek olamayacak kadar büyük yapılar bu hususlar göz önünde bulundurularak elenmemiştir. Çekirdek harici nesnelerin elenmesi ile bölütleme işlemi sonlandırılmıştır. Yapılan çalışmada algoritmaların bölütleme başarımlarının test edilmesi amacıyla Harvard Üniversitesi Beck Laboratuvarında elde edilen, aynı zamanda uzman doktorlar tarafından işaretlenmiş kesin referans görüntüleri bulunan, böbrek hücre karsinomuna ait veri seti kullanılmıştır. Veri setinde bulunan görüntülerden, daha önceki çalışmalarda da kullanılan 64 adet histopatolojik görüntünün bölütlenmesi yapılmıştır. Bölütleme başarımının ölçülmesi için daha önce bu veri seti kullanılarak yapılan çalışmalarla aynı başarım ölçütleri kullanılmıştır. K-ortalamalar Algoritması ile bölütlenen görüntüler için Gerçek Pozitif Oranı %65.91, Bulanık C-ortalamalar Algoritması ile yapılan bölütlemede Gerçek Pozitif Oranı %66.04 olarak hesaplanmıştır. Görüntüye uygulanan önişlem ve son işlem adımları sayesinde bu iki yöntemin başarımı literatürde daha önce yapılan çalışmalara göre daha yüksek çıkmıştır. Ayrıca hesaplanan diğer başarım ölçütleri Kesin İsabet, F-Ölçütü, Gerçek Negatif Oranı ve Örtüşme değerlerinde de iyileşmeler meydana gelmiştir. Çekirdek bölütlemesini daha yüksek başarımla gerçekleştiren Bulanık Yerel Bilgi C-ortalamalar Algoritması için ise Gerçek Pozitif Oranı %73.10 olarak hesaplanmıştır. Bu değer literatürde yapılmış diğer çalışmalarda elde edilen en başarılı sonuçlara oldukça yakındır. Ayrıca Gerçek Pozitif Oranı kendinden daha yüksek olan yöntemlerle karşılaştırıldığında Bulanık Yerel Bilgi C-ortalamalar Algoritması en yüksek Kesin İsabet, F-Ölçütü, Gerçek Negatif Oranı ve Örtüşme değerlerine sahiptir. Bu yöntemin çekirdekleri bölütlemede oldukça başarılı olduğu görülmüştür. Bu tez çalışmasında geliştirilen algoritmalarla hücre çekirdeklerinin başarılı bir şekilde bölütlenmesi sağlanmıştır. Gerçekleştirilen görüntü işleme adımları ve kümeleme algoritmaları bilgisayar destekli teşhis sistemlerinin ilk kademesini oluşturacak niteliktedir. Bu aşama sonrasında bölütlenen hücre çekirdeklerinin boyut, sayı ve şekillerini detaylı olarak yorumlayacak otonom sistemlerin oluşturulması mümkün olmaktadır. Cancer which is one of the most serious health problem of today is one of the leading causes of death in the world. Millions of people of different ages and characteristics develop one of the cancer types and many of them die from this disease. One of the most important issue for cancer is finding the disease at an early stage. It is more likely to overcome the disease with early diagnosis. The science which makes research on diagnosis of cancer is called as pathology and doctors specializing in this science are called as pathologists. Because the examination of diseased tissues is difficult and time consuming, the pathology science has an important role in early detection of cancer. Furthermore, the experience of the specialist doctor has great importance for the correct diagnosis. Sometimes, doctors may make misdiagnosis and malpractice because of inexperience.Developing technology presents new contributions to health field every day. With the development of imaging techniques, it is possible to transfer pathological images to digital media. Images transferred to digital media are called digital histopathological images. Histopathological images can be examined by many doctors at the same time in a common place and this makes the diagnosis of diseases more accurate. Furthermore, opinion of the doctors who are far from consultation place can be got with the remote connection. Another advantage of digitization of pathological images is that histopathological images are suitable for processing on computer. With the aid of histopathological images, it is possible to develop computer aided diagnosis (CAD) systems that will reduce the workload on the doctors.The analysis of cellular structures has a great importance for the diagnosis of cancer. Especially the number of nuclei in specified area, nuclei shape and size play a decisive role in the diagnosis of cancer. Owing to this reason, various studies have been carried out in the literature on the segmentation of cellular structures and the interpretation of the obtained results. The processing of the histopathological images and accurate segmentation of the cellular structures create the first stage of computer aided diagnosis systems. In this thesis study , algorithms for image processing and accurate segmentation of cell nuclei have been developed to form the first stage of computer aided diagnosis systems.The process of obtaining the histopathological images is examined firstly in this thesis study. It has been investigated what processes are applied on cellular structures and what kind of artefacts occur during obtaining images. As a result of the examination, evaluations are made to enhance the performance of the methods to be used. After that, processing and segmentation of histopathological images are carried out.Firstly, the size of the histopathological images is reduced in order to shorten the time of segmentation in the pre-processing stage. This down sampling is applied the histopathological images in a such way that it does not reduce segmentation performance. Secondly, images are passed through a median filter that removes the noise while preserving the sharpness of the image . After the pre-processing steps, histopathological images are clustered with three different methods.The histopathological images are firstly clustered with K-means and Fuzzy C-means Algorithms. These methods give similar clustering results that are very close to each other. In both two methods, when the number of clusters is selected as 2 for segmentation, the cell walls are clustered as nuclei. When the number of clusters is selected as 4 for segmentation, a lot of nuclei cannot be clustered as nuclei and they clustered as other cellular structures. When clustering is carried out with 3 clusters, more successful clustering results are obtained. However, it is observed that this methods cannot segment some non-homogenous cell nuclei. Non-homogenous cell nuclei contain pixels having the same color with other cell structures such as fat and blood tissues. Consequently, K-means and Fuzzy C-means which make global assessment during segmentation cannot sense these pixels. Also, some artifacts may be segmented as cell nuclei. For overcoming of this problem, a method considering not only global assessment but also information of local area is needed. Therefore, Fuzzy Local Information C-means Algorithm which combine general Fuzzy Cmeans Algorithm and information of local area is used for increasing the success of clustering. This method uses a local window during the examination of the image and evaluates the neighboring pixels in local window together. Changes in the size of the window affects the success of the clustering. For this reason, segmentation success of Fuzzy Local Information C-means Algorithm is analyzed in terms of cluster number and window size. In the analysis, the optimum window size is determined as 3x3 and the proper cluster number is 4. The optimum local window size and Fuzzy Local Information C-means Algorithm have significantly increased clustering performance. Moreover, non-homogeneous cell nuclei is clustered correctly. After clustering, the image is processed with some post-processing steps to enhance segmentation success.At the post-processing step the clustered images are firstly converted into a binary structure as cell nuclei and background so that morphological processing can be applied. After that, morphological opening process which is an erosion followed by a dilation is utilized to binarized images. Small objects inside the images are cleared by opening process. In addition to this, cell nuclei which are close to each other or overlapping are separated in a small amount. After the opening process, binary large object analysis (BLOB) is applied to the opened images. All objects in the images are identified by BLOB analysis and objects which are small than a nuclei size are extracted from the image. Due to the some touching or overlapping cells, object that are larger than a normal nuclei size are not eliminated by taking these issues into consideration. Segmentation process is finished by extracting of non-nuclei objects from the image.In this thesis study, the data set of kidney cell carcinoma obtained by Harvard University Beck Laboratory, which has the ground truth marked by specialist pathologists, is used to evaluate segmentation success. 64 histopathological images which are also used in previous studies are segmented from the dataset. The performance metrics which are same with previous works using same dataset are chosen in order to measure the segmentation performance. The True Positive Rate (TPR) is 65.91% for the images segmented by K-means Algorithm and 66.04% for the images segmented by Fuzzy C-means Algorithm. Thanks to the pre-processing and post-processing steps applied to the image, the segmentation performance of these two methods is higher than the previous studies in the literature. Furthermore, the other performance metrics which are Precision, F-Measure, True Negative Rate (TNR) and Overlap are enhanced. The True Positive Rate is 73.10% for the images segmented by Fuzzy Local Information C-means Algorithm that segments nuclei higher success. This result is very close to the most successful segmentation results obtained in other studies in the literature. In addition, the Fuzzy Local Information C-means Algorithm has the highest Precision, F-Measure, True Negative Rate and Overlap values as compared to methods with a higher True Positive Rate. Consequently, this method has been observed to be very successful in segmentation of nuclei.In this thesis study, cell nuclei in histopathological images are segmented successfully by developed algorithms. The performed image processing steps and clustering algorithms constitute the first stage of computer aided diagnosis systems. After this stage, it is possible to create automatic systems that evaluate the size, number and shapes of the segmented cell nuclei. 85

Donanım teknolojisinin ilerlemesi ve işlem gücü yüksek cihazların günlük hayatın her alanına girmesiyle birlikte yazılım temelli uygulamalar sadece bilgisayar veya gömülü sistem uygulamalarında kalmayıp günlük hayatımızda kullandığımız birçok elektronik cihazda görülmeye başlanmıştır. Bununla beraber hemen hemen her yeni geliştirilen ürün veya ekipmanın internete erişebilir olmasıyla birlikte de her konuda çok ciddi boyutlarda veri toplama imkanı yaratılmaktadır. İşlem gücü yüksek sistemlerin gelişmesi, elde edilebilen verilerin artması, internete bağlanabilen cihazların yaygınlaşmasıyla birlikte makine öğrenmesi, yapay zeka gibi konular günlük hayatta kullanılan beyaz eşya, televizyon, küçük ev aletleri gibi ürün gruplarında da uygulanabilir hale gelmiştir. Bu sayede bu tarz ürünlerde de kişiselleştirilmiş kullanıcı deneyiminin arttırılmasına ve sistemin en uygun performansta çalışmasını sağlayacak gerekli kararların yazılım tarafından verilebileceği algoritmaların gelişmesine olanak sağlanmıştır.Uygun kararları verebilen ve bunları uygulayabilen otonom yapıların gelişmesiyle birlikte malzeme tanıma konusu da bu sistemler için önemli bir problem haline gelmiştir. Robotik uygulamalar, özel üretim süreçleri gibi konulara da girdi sağlayan malzeme tanımlaması üzerinde farklı yöntemler kullanılarak çok sayıda çalışma yapılmıştır. Cam, plastik, metal, tahta gibi temel ayrımların yanı sıra probleme özgü daha alt seviyede sınıflandırmaya odaklanan çalışmaların sayısı da gün geçtikçe artmaktadır.Tekstil ürünlerine temas eden çamaşır kurutma makinesi, çamaşır yıkama makinesi, ütü gibi ürünler için tekstil tipinin türünün bilinmesi, tekstil ürününe zarar vermeden en uygun performans ile çalışma görevini yerine getirmek açısından oldukça önemlidir. Geleneksel uygulamalarda en uygun performans, kullanıcının seçebileceği tekstil tipine uygun programlarla ya da ayarlayabileceği sıcaklık, süre veya ürüne özgü diğer ayarlarla sağlanmaya çalışılmaktadır. Ancak bu seçim veya ayarlamalarda yapılacak yanlışlıklar, ürünü kullanan kişilerin özellikle de çok değer verdiği giyim ürünleri için istenmeyen sonuçların oluşmasına neden olabilmektedir.Tekstil ile ilgili olarak lif yapısını tanıma, dokuma tipinin belirlenmesi ya da endüstriyel üretim uygulamalarında dokuma hatalarını tanıma gibi konularda çok sayıda çalışmalar yapılmıştır. Ancak literatür taraması yapıldığında tekstil tipinin tanınması ile ilgili olarak sınırlı sayıda çalışmanın bulunduğu görülmektedir. Bu tez çalışmasıyla birlikte tekstil tipi tanıma probleminin karmaşık yapılar, sensör tabanlı sistemler kullanılmadan herkesin kolaylıkla ulaşabileceği herhangi bir kamera ile elde edilecek fotoğraf ile çözülmesi amaçlanmıştır. Bu sayede oluşturulacak model ile hem daha az maliyetli hem de ürüne farklı yollardan girdi sağlayabilecek bir sistem oluşturulabilecektir. Bu sistem doğrudan ürüne entegre edilebileceği gibi, ürün ile haberleşen uzaktan kontrol sağlayan ürün uygulamasının bir özelliği ya da tamamen bağımsız bir uygulama da olabilir. Ancak bu çalışmayla birlikte uygulama yönteminden daha çok kamera ile tekstil parçalarından çok yakından alınacak fotoğraflar ile günlük hayatımızda çok sık kullandığımız tekstil tiplerini sınıflandırma problemi üzerinde durulmuştur. Çalışma, derin öğrenme tekniklerinden evrişimsel sinir ağları (CNN-Convolutional Neural Networks) yapılarıyla gerçeklenmiştir. Sınırlı sayıda bulunan benzer bir çalışma için daha önceden hazırlanmış veri seti kullanılmıştır. Bu veri seti öncelikle literatüre girmiş ve çok büyük veri setleriyle öğretilmiş VGG16, VGG19, InceptionResNet, MobileNet, ResNet algoritmaları ile sık kullanılan pamuklu, polyester, kot, yünlü gibi tekstil tiplerini yüksek doğruluk oranlarıyla sınıflandırabildiği görülmüştür.Bu amaçla, VGG16, VGG19, InceptionResNetV2, MobileNetV2, ResNet50 ve InceptionV3 CNN mimarileri kullanılarak detaylı sonuçlar elde edilmiş ve birbirileriyle karşılaştırılmıştır. ResNet50 ve InceptionResNetV2 ile istenilen sonuçlar elde edilememiş ancak diğer 4 mimari ile test veri kümesi ile yüksek doğruluk oranları elde edilebilmiştir.VGG16 ve VGG19 için sırasıyla %94,21 ve %94,19 doğruluk oranları elde edilmiştir. InceptionV3 ile %95,16 doğruluk oranı elde edilirken MobileNetV2 ile ise %93,51 doğruluk oranı sağlanmıştır ve tüm çalışmalar için sınıf bazlı doğruluk oranlarını net görebilmek için hata matrisleri detaylı olarak değerlendirilmiştir.Literatüre girmiş mevcut CNN mimarilerinin yanı sıra probleme özgü bir CNN mimarisi tasarlamak için çalışma yapılmıştır ve test veri kümesi ile elde edilen doğruluk oranı %84,30'tur. ImageNet ile eğitilmiş olan CNN mimarileri ile kıyaslandığı zaman daha düşük başarı oranı olan bu mimarinin, VGG16 ile birlikte kullanıldığı durumda genel performansı, yaklaşık %1 seviyelerinde arttırdığı görülmüştür. Toplam doğruluk oranı %95,51 olarak elde edilmiştir.Önerilen CNN mimarisi ve VGG16 mimarisinin birlikte kullanılmasıyla elde edilen modeller ve ağırlıkları kaydedilerek taşınabilir ve daha düşük işlem gücü olan bir modül üzerine alınmıştır. Böylece, elde edilen çalışma ucuz ve hızlı bir şekilde prototiplenerek standart bir kamera aracılığıyla çalışmada kullanılan 9 farklı tekstil tipi sınıfı için karar verebilen bir uygulama geliştirilmiştir. Bu uygulama için standart bir Web Cam ile birlikte Raspberry Pi 3 modülü kullanılmıştır.Bu çalışma için yüksek işlem gücü gerekliliğinden dolayı Google Colab'ın sunduğu ücretsiz GPU hizmeti kullanılmıştır. Geliştirmeler ve çalışmalar Python programlama dili ile yapılmış olup, derin öğrenme katmanları ve işlemleri için TensorFlow alt yapısını kullanan Keras kütüphanesi kullanılmıştır.Elde edilen bu veriler ile birlikte, hem çalışmanın yapıldığı CNN mimarileri sonuçları hem de literatürde yer alan benzer çalışma sonuçlarına göre karşılaştırma yapılarak tekstilden standart bir kamera ile alınacak görüntü ile tekstil tipi tanıma ve sınıflandırmasının yapılabileceği gösterilmiştir. Aynı zamanda özel bir ekipman ya da uygulama gerektirmemesi nedeniyle ucuz ve hızlıca devreye alınabilir, ürün veya özel çalışmalara entegre edilebilir bir sistemin oluşturulabileceği gösterilmiştir. Software based applications are not seen in only computer based and embedded systems, but also in many electronic devices that are used in our daily lives owing to advancement of hardware technology and high performance devices. Along with the fact that almost every newly developed product or equipment is connected to the internet, it is possible to collect huge amount of data from every area. Because of high performance systems, collecting data and many devices that can be connected to Internet, algorithms and applications that are developed for machine learning and artificial intelligence can be applied to the devices that are in use in our daily lives such as white goods, household appliances, televisions. In this way, it is possible to increase personalized user experience and to develop algorithms that ensure that the system operates at optimum performance.With the development of autonomous structures that are capable to make accurate decisions and to perform these decisions, material recognition has become an important problem for these systems. There are many studies that have been carried out different methods on classification of materials. These studies provide progress for applications such as robotic applications and special production process. In addition to basic classification such as glass, metal, plastic, wool, number of studies that are focusing on the lower level of specific classification is increasing day by day. Information of type of textile is very important for textile contacting products such as tumble dryers, washing machines, irons in order to perform its task with optimum performance without any damage on textile product. In traditional applications, system performance is tried to provided by user programme selection or adjusting the features such as temperature, time or any other product-specific settings according to textile type. However, wrong or inattentive selections or settings may lead to undesirable consequences for valuable textiles.Many studies have been carried out in the field of textile such as fiber structure, texture or recoginition of defects on fabrics in industrial applications. However, there are limited number of studies on recognition of textile types.In this thesis, the aim is to solve textile type recognition problem with a simple camera that can be easily accessed by anyone without using complex structures and sensor based specific systems. In this way, designed model may lead cheaper and more effective solution that can provide different applications for products. This system can be directly integrated into the product, it can be a feature of the product application that provides remote operation or it can be completely independent 3rd party application. However, this is focused more on the problem of classification textile types that we use very frequently in our daily lives by taking photo very closely from textile parts.The study was implemented with the structure of convolutional neural networks. Data set that is prepared for one study of limited number of studies on textile classification is used. Firstly, previously learned with huge amount data set algorithms such as VGG16, VGG19, InceptionResNet, MobileNet and ResNet was implemented with data set of this study. According to high accuracy rate of these methods, textiles can be classified as frequently used textile materials such as cotton, polyester, denim, wool etc.For this purpose, VGG16, VGG19, InceptionResNetV2, MobileNetV2, ResNet50 and InceptionV3 CNN architectures were implemented and detailed results of these studies were obtained. Results of these architectures were compared with each other and results of InceptionResNetV2 and ResNet50 are not suffient. However, remaining 4 architectures has the results with high accuracies on test data sets.VGG16 and VGG19 which are very similar, have the results as 94.21% and 94.19% accuracies on test data sets. The results are also similar. However, implementation speed of VGG16 is much more that VGG19.InceptionV3 has the result as 95.16%. This is the highest result for architectures that were developed for ImageNet and used in this study.MobileNetV2 has the result as 93.51% and the architecture has the lowest parameter number than all architectures in this study.In order to clearly see the results, class-based accuracy rates and confusion matrices were generated for all models. Also, comparison tables were shared for accuracies, parameter numbers, implementation time etc.In addition to the existing CNN architectures in the literature, a study has been carried out to design a problem specific CNN architecture. The proposed architecture has basically 4 convolutional layers and 3 fully connected layers. For convolutional layers, `relu` activation function is used and for last fully connected layer `softmax` is used as activation function. Despite of small architecture, parameter number is around 1 million. Obtained result from test data for this proposed model is 84.30%. Compared to ImageNet-trained CNN architectures, it has a lower success rate and it is not suitable to use it instead of other architectures. After investigating of class based accuracies and general model, it has higher accuracies than VGG16 for some classes. With this information, accuracy of ensemble usage of proposed architecture and VGG16 is around 1% more than accuracy of VGG16. Total accuracy rate is 95.51% for ensemble usage of proposed model and VGG16. Decision method of ensemble method is that if the classification results of both models are not same, a new probability table is generated for all classes from probabilities of models which is max. According to new probability table, classification result is obtained.Model informations and model weights for all layers were obtained from the ensemble usage of proposed CNN architecture and VGG16 had recorded as `.json` and `.h5` file. In order to implement this model on portable device which has lower processing power, these recorded files were used. Thus, the study was prototyped cheaply and quickly on a portable device with standard camera unit. A small application software was impelemented and the application is able to recognize and classify the fabrics according to 9 different fabric types by using standard camera unit. 9 different fabric types that is used in this study as cotton, denim, fleece, nylon, polyester, silk, terrycloth, wiscose and wool. A Raspberry Pi 3 module and a web cam were used for this application.Due to high processing power requirement for deep learning algorithms and this study, Google Colab with GPU which is freely offered by Google, is used. Developments and studies are made with Python programming language. In order to develop deep learning algorithms and computational requirements for these architectures, Keras library is used. Keras is a open source library that was developed for Python and it is available to use such kind of low level libraries for deep learning Theano, TensorFlow etc. In this study, TensorFlow is used as backend for Keras library.Finally, according to obtained results from both proposed CNN architecture and architectures that are implemented for ImageNet, it was shown that fabric recognition and classification can be made by using standard cameras that is take picture from textile units. At the same time, it has been shown that a system or model can be implemented very quickly with low cost and it can be integrated into products or special studies because of not requiring special equipment or application. 89

MEMS yapıların tümleştirme işlemine uygun, kapladıkları alanların küçük, maliyetlerinin düşük ve üretim proseslerinin daha basit olması gibi birçok avantaja sahip olmalarından dolayı günümüzde çokça üzerinde çalışmalar ve üretimler yapılmaktadır. Dolayısıyla bu yapıların ürettiği işaretlerin tümleştirilmiş devrelerle işlenmesigerekliliği de otomatik olarak ortaya çıkmaktadır. Halihazırda birçok yarıiletken firmasının üretmiş olduğu MEMS jiroskop ve okuma devresi yapıları bulunmaktadır. Bu tez çalışmasında MEMS jiroskop için sürüş modu okuma devresi CMOS 0.7 mikron teknolojisinde tasarlanmıştır. Tasarım, simülasyon, serim ve serim sonrası simülasyon için Synopsys programı kullanılmıştır. As MEMS structures have many advantages such as the integration, the areas they cover are small, the costs are low and the production processes are more simple ; a lot of studies and productions are being made today. Therefore, the processing requirement of the signals produced by these structures with integrated circuits automatically arises. Currently, there are MEMS gyroscopes and readout circuits produced by many semiconductor companies. In this thesis, drive mode readout circuit for MEMS gyroscope is designed in CMOS 0.7 micron technology. The Synopsys program was used for design, simulation, layout and post-layout simulation. 69

Özellikle son yıllarda mikrodalgaya dayalı kanser teşhisi ve tedavisi en çok çalışma yapılan alanlardan olmaktadır. Bu araştırmalar normal ve kanserli dokuların dielektrik özelliklerin belirlenmesi prensibine dayanmaktadır. Bu amaçla dielektroforez, dalga kılavuzu, koaksiyel prob gibi çok farklı teknikler kullanılmaktadır. Dokuların mikrodalga teknikleriyle dielektrik özelliklerinin belirlenmesine yönelik çok fazla çalışma yapılmıştır. Buna rağmen hücre üzerinde yapılan çalışmalar kısıtlıdır. Hücrelerin dielektrik özelliklerinin belirlenmesine yönelik yapılmış çalışmalar daha ziyade düşük frekanslarda gerçekleştirilmiştir ve çoğunlukla besi yeri içerisinde bulunan hücre süspansiyonu üzerinde yapılmıştır. Hücre besi yerinin yalnızca hücrelerin dielektrik özelliklerini yansıtmasına engel olacağı sebebiyle hücre peleti de çalışma konusuna eklenmiştir. Bu çalışmada, insan sağlıklı ve kanserli kemik hücrelerinin pelet ve süspansiyon formları üzerinde açık uçlu koaksiyel prob kullanarak mikrodalga dielektrik özelliklerinin 500 MHz – 20 GHz frekans aralığında karakterizasyonu amaçlanmıştır.Kanserli doku içerdiği daha fazla su miktarı dolayısıyla normal dokudan daha yüksek dielektrik özellikler göstermesi beklenmektedir. Aynı prensiple kanserli hücrelerin de sağlıklı kemik hücrelerinden daha yüksek dielektrik değerlerine sahip olmasını beklemekteyiz. İnsan sağlıklı kemik hücresi olarak hFOB 1.19 hücre hattı, kanserli kemik hücresi olarak SaOS-2 hücre hattı seçilmiştir. Hücre kültürleri standart hücre kültürü protokolü ile hazırlandıktan sonra hücre sayıları belirlenmiş ve hücre peleti elde edilmiştir. Deneylerde kullanılan hücrelerin sayıları ilk deneyde SaOS için 12500000 hücre/ml, ikinci deneyde SaOS için 22500000 hücre/ml ve hFOB için 17700000 hücre/ml'dir. Hücre sayıları literatürdeki benzer çalışmalara nazaran oldukça yüksek tutulmuştur bu verinin çalışmanın doğruluğunu artırması hedeflenmektedir. Ölçümler öncelikle hücre peleti üzerinde başlanmış daha sonra üzerine besi yeri eklenerek süspansiyon formuna dönüştürülmüş ve ikinci ölçümler hücre süspansiyonu üzerinde yapılmıştır. En son besi yerinin dielektrik parametreleri hesaplanarak hücre süspansiyonu, besi yeri ve hücre peletinin dielektrik özellikleri karşılaştırılmıştır. Literatürde hücre süspansiyonu üzerinde yapılan çalışmalarda besi yeri ve hücre süspansiyonu ayrı ayrı ölçüldükten sonra Maxwell karışım denklemi kullanılarak yalnızca hücre parçacıklarının dielektrik değerleri hesaplanmıştır. Açık uçlu koaksiyel prob tekniğinin kullanılması için ağ analizörü gerekmektedir. Ağ analizörü belirlenen frekans aralığında sinyal üretir ve yansıyan sinyali algılar. Prob bu sinyali ölçülecek maddeye iletip almaya yarar. Ağ analizörü, kullandığı yazılım sayesinde maddenin S-parametrelerini, dielektrik kayıp ve dielektrik sabitlerini hesaplayıp kaydeder. Çalışmada frekans aralığı 500 MHz-20 GHz olarak belirlenmiş ve 250 MHz aralıklarla 79 noktada ölçüm yapması istenmiştir. Çalışmaya başlamadan önce ağ analizörünün yeterli bir süre boyunca ısınması gerektiği literatürde çeşitli kaynaklarda belirtilmiştir. Bu sebeple deneyden en az bir saat önce ağ analizörü başlatılmış ve deneye kadar hazır ve stabil olması sağlanmıştır. Deneylerde yarıçapları 0.5 ve 2.2 mm olmak üzere iki farklı prob kullanılmıştır. Her deneyde başlamadan önce probların kalibrasyonu hava, saf su ve üretici tarafından sağlanmış özel iletken bir madde ile tamamlanmıştır. Sırasıyla hücre peleti, hücre süspansiyonu ve besi yeri ölçümleri her iki prob kullanılarak her bir ölçümden on ayrı ölçüm alınarak tamamlanmıştır. Bu sırada hücrelerin oda sıcaklığında ve bir strese maruz kalarak yaşam sürelerinin düşeceği göz önüne alınarak deney oldukça hızlı bir biçimde, hücrelerin canlı kalabilecekleri süreye kadar gerçekleştirilmiştir. En az on kere alınan ölçümlerle hata payını en aza indirmek hedeflenmiştir. İki farklı hücre formu, bir besiyeri ve iki farklı hücre hattında, farklı konsantrasyonlarda 79 noktada alınan değerlerle oldukça fazla veri elde edilmiştir. Dielektrik sabitleri, dielektrik kayıpları ve kompleks permitivite değerleri kaydedilmiştir. Ardından bu değerleri Debye ve Cole-Cole denklemleri uygulanmış, her bir ölçüm için Debye için 3, Cole-Cole için 5 ayrı parametre (statik dielektrik, yüksek frekanslarda dielektrik, rahatlama frekansı, dağılım değişkeni ve statik elektriksel iletkenlik) elde edilmiştir. Bulunan parametreler denklemde tekrar yerleştirilerek dielektrik sabiti ve dielektrik kayıp hesaplanmış ve ölçülerek bulunan değerlerle kıyaslanmıştır. Sonuç olarak tutarlı ve uyumlu sonuçlar elde edilmiştir. Hücre süspansiyonu üzerinde yapılan ölçümler besi yerinin dielektrik özelliklerine yakın değerler vermişken, hücre peleti bariz bir şekilde onlardan ayrılmış ve beklendiği gibi içerdiği su oranı daha az olduğu için her ikisinden de düşük dielektrik değerler sergilemiştir. İlk deneyde hücre peleti üzerinde çalışma yapmanın hücrelerin gerçek dielektrik özelliklerini belirlemek için daha doğru bir yöntem olduğu belirlenmiş ancak deneylerin doğruluklarını artırmak amacıyla, ikinci deneyde de farklı konsantrasyon yoğunluklarında hücre peleti ve hücre süspansiyonu üzerinde deney yapılmaya devam edilmiştir. Elde edilen onar adet ölçüm önce kendi aralarında ANOVA testi uygulanarak p değeri hesaplanmıştır. Buradaki amaç ölçümlerin kendi içinde tutarlı olup olmadıklarının belirlenmesidir. ANOVA testi sonucuna göre yapılan 10'lu ölçümlerin tutarlı ve birbirine yakın değerler olduğu ortaya konmuştur. Ölçümlerin medyanı alınarak daha sonra t-test uygulanmıştır. T-test hem farklı hücre formlarını (pelet, süspansiyon), hem de kanserli ve sağlıklı hücre gruplarının dielektrik değerlerini karşılaştırma amaçlı yapılmıştır. Beklenildiği gibi p değeri alfa değerinden (0.05) çok küçük sonuçlar vermiştir. hFOB pelet ve hFOB süspansiyonunun 2.2 mmlik probla yapılan ölçümlerine t-test uygulandığında 1x10-33 gibi çok küçük bir değer elde edilmiştir. SaOS pelet ve SaOS süspansiyonunun 0.5 mmlik prob ölçümlerinden 3,65x10-23, 2.2 mmlik probla yapılan ölçümlerinden 2,5x10-7 p değerleri bulunmuştur. SaOS hücre süspansiyonu ile hücre besi yerinin 2.2 mmlik probla yapılan ölçümleri kıyaslandığında p değeri 1 olarak elde edilmiştir. SaOS hücre peleti ile hücre besi yerinin 2.2 mmlik prob kullanılarak elde edilen ölçümleri karşılaştırıldığında ise çok küçük (3,06x10-7) p değeri gözlemlenmiştir. Bu sonuçlara göre hücre peleti ile hücre süspansiyonu arasında bariz ve istatiksel olarak anlamlı bir fark olduğu ortaya konarken yine hücre peleti ile besi yeri arasında da istatiksel olarak anlamlı bir fark olduğu, ancak hücre süspansiyonu ile besi yeri arasında anlamlı bir farklılık olmadığı, sonucuna varılmıştır. Kanserli hücre ve sağlıklı hücrelerin 0.5 mm'lik prob için hücre peletlerinin permitivite değerlerinin istatistiksel olarak karşılaştırıldığında, p değeri 0.034 olarak, hücre süspansiyonlarının değerleri karşılaştırıldığında p değeri 1,42x10-7 olarak bulunmuştur. Bu değerlere bakılarak kanserli kemik hücresi ile sağlıklı kemik hücresi arasında anlamlı farklılık olduğu ve farklı dielektrik değerler açığa çıkardıkları gözlemlenebilmektedir. Sonuç olarak her iki hücre formu, besiyeri, farklı konsantrasyon ve kanserli ve kansersiz olmak üzere iki farklı hücre hattı için tüm analizler yapılmış detaylı bir şekilde çalışmanın sonuç bölümünde sunulmuştur. Especially in recent years, microwave-based diagnosis and treatment of cancer studies are the most frequently studied areas. These studies are based on the principle of determination of dielectric properties of normal and cancerous tissues. For this purpose, different techniques such as dielectrophoresis, waveguide, coaxial probe are used. Studies generally have been done to determine the dielectric properties of tissues by microwave techniques. However, studies performed on cells are limited. These studies have been carried out mostly at low frequencies and made on cells suspended in a growth medium. In this study, it is aimed to characterize the microwave dielectric properties of human healthy and cancerous bone cells in the frequency range of 500 MHz to 20 GHz using an open-ended coaxial probe on the pellet and suspension forms of cells.As the amount of water contained in the cancerous tissues is higher than normal tissue, their dielectric properties are expected to be higher than dielectric properties of normal tissues. With the same principle, we expect that cancer cells have higher dielectric values than healthy cells. The cell line of hFOB 1.19 was selected as human healthy bone cell, and the SaOS-2 cell line was selected as the cancerous bone cell. After cell cultures were prepared by standard cell culture protocol, cell numbers were determined, and cell pellet was obtained. The numbers of cells used in the experiments were 12500000 cells/ml for SaOS and 22500000 cells/ml for SaOS in the second experiment and 17700000 cells/ml for hFOB. The number of cells is very high compared to similar studies in the literature, and it is aimed to increase the accuracy of the study.A network analyzer is used in the open-ended coaxial probe technique. The network analyzer calculates and records the S-parameters, dielectric losses and dielectric constants of the substance through the software it uses. In the study, the frequency range was determined as 500 MHz-20 GHz and it was requested to measure at 79 points at 250 MHz intervals. Two different probes with diameters 0.5 and 2.2 mm were used in the experiments. Ten measurements have been performed for each sample. Using ANOVA test, their p-values were calculated, and very small p-values have been obtained between cancerous and healthy cells. According to the results, it is observed that there is statistically significant difference between cancerous bone cell and healthy bone cell and they have different dielectric values. In addition, it is revealed that repeated ten measurements are also consistent with ANOVA test. In this research, cell pellet and cell suspension were compared to determine which one gives more accurate result. It is seen that cell pellet was more convenient to measure dielectric properties of cell particles. 81

Moleküler haberleşme, nano makineler arasındaki haberleşmeyi sağlamak amacı ile doğadan esinlenilerek ortaya çıkmış bir haberleşme tekniğidir. Nano makineler gelişen teknoloji ile birlikte gelecekte tıp, sanayi, askeri gibi uygulama alanlarında kullanılacaktır ancak işlemci kapasitelerinden dolayı nano boyutlarındaki bu cihazlar tek başlarına sadece basit işlemleri gerçekleştirebileceklerdir. Karmaşık görevleri başarabilmek için koordineli olarak çalışarak bir nano ağ oluşturmaları gerekmektedir. Moleküler haberleşme nano ağlarda kullanılmak için en ümit verici haberleşme tekniğidir.Moleküler haberleşme sistemleri alıcı ünitesi, verici ünitesi ve kanaldan oluşur. Verici, bilgiyi moleküllerin fiziksel özelliklerine kodlayarak kanala gönderir. Kanalda hareket eden moleküllerin alıcıya ulaşması ile alıcıda moleküller sayılır ve bilgiye karar verilir. Moleküllerin taşınmasına göre literatürde çeşitli moleküler haberleşme teknikleri bulunmaktadır. Moleküler motorlar kullanılarak mikrotübüller üzerinden moleküller taşınabildiği gibi moleküllerin sıvı ortama bırakılarak bir akıntı ile yönlendirilmesi de mümkündür. Difüzyon aracılığıyla moleküler haberleşme yönteminde ise moleküller hareketsiz sıvı ortama bırakılır ve tamamen serbest difüzyon ile hareket eder. Bu tezdeki bütün çalışmalar difüzyon aracılığı ile moleküler haberleşme üzerine yapılmıştır.Tek-girişli tek -çıkışlı (SISO) moleküler haberleşme sistemlerinde bir alıcı ve bir verici anteni bulunur. Bilgi, moleküllerin yoğunluk, cins, serbest bırakılma anı gibi fiziksel özelliklerine kodlanır. Moleküllerin difüzyon hareketi üç uzaysal boyutta tamamen rastgele olduğu için kanala gönderilen moleküllerin alıcıya geç ulaşma veya hiç ulaşmama ihtimali bulunmaktadır. Geç ulaşan moleküller, daha sembollerde bozucu etkiye sebep olacağından dolayı semboller arası girişim oluşturur.Çok-girişli çok-çıkışlı (MIMO) moleküler haberleşme sistemlerinde ise birden fazla alıcı ve verici antenleri bulunur. Moleküllerin rastgele hareketinden dolayı kanala gönderilen bir molekülün herhangi bir alıcı antene ulaşma olasılığı bulunmaktadır. Bu sebeple MIMO sistemlerde semboller arası girişime ek olarak moleküllerin istenmeyen alıcıya ulaşmayı sonucu ortaya çıkan kanallar arası girişim de dikkate alınmalıdır. Sistem parametrelerine göre kanalda semboller arası girişim veya kanallar arası girişim baskın olabilmektedir. Örneğin sembol süresi arttıkça, ilk sembol aralığında daha fazla molekül iletileceği için semboller arası girişim azalır ancak diğer antenlerde alınan moleküller de artacağı için kanallar arası girişim artar. Alıcı ve verici ünitelerinde antenlerin daha ayrık konumlandırılmaları kanallar arası girişimi azaltacaktır. Ancak komşu alıcı antenler kanaldaki molekülleri soğurduğu için moleküllerin daha geç varmasını engeller. Bu durumda antenlerin birbirlerine yaklaştırılmaları da semboller arası girişimi azaltacaktır.MIMO sistemler birden fazla anten bulunması ile önemli esneklikler sağlar. Uzaysal çoğullama ile giriş bilgi dizisi bölünerek aynı anda farklı verici antenlerden gönderilebilir ve böylece iletişim hızı arttırılabilir ancak uzaysal çoğullama aynı anda bütün vericilerin aktif olması sebebiyle kanallar arası girişimden yüksek derecede etkilenir. Moleküler haberleşme kanalında Alamouti kodundan esinlenilerek uzay-zaman blok kodları da denenmiştir ancak negatif veya karmaşık sayıda molekül olmadığı için başarılı olmamıştır.İndis modülasyonu, MIMO sistemlerde verici antenin indisine bilginin kodlandığı etkili bir modülasyon tekniğidir. Radyo frekansı haberleşme sistemlerinden esinlenilerek moleküler haberleşme sistemleri için tasarlanan indis modülasyonu şemalarında verici tarafında aynı anda sadece bilgi sembolüne karşılık gelen anten aktiftir. Alıcı tarafında ise en yüksek sayı kod çözücüsü düşük karmaşıklıklı bir kod çözücü olarak önerilmiştir ve en yüksek sayıda molekülün alındığı anten indisine bilgi sembolü olarak karar verir. Ek olarak, moleküler haberleşme literatürüne indis modülasyonu tabanlı bir teknik olan uzaysal modülasyon şemaları önerilmiştir. Uzaysal modülasyonda bilgi hem anten indisine hem de moleküllerin fiziksel özelliklerine kodlanır. Molekül yoğunluğu, molekül tipi, molekülün kanala gönderilme anı gibi fiziksel özellikler bilgi taşımak amacı ile kullanılabilir.Bu tezde, indis tabanlı modülasyon şemalarına yönelik iki özgün yöntem önerilmiştir. Öncelikle, sistemin hata performansını arttırmak amacı ile uzay-zamanda eşitleme tekniği geliştirilmiştir. İkinci olarak da kanal modelinde oluşabilecek hizalanma sorunlarına karşı sistemin performansını toparlayacak düşük karmaşıklıklı bir yöntem paylaşılmıştır.Uzay-zamanda eşitleme yönteminde alınan sembol çözülürken aynı zaman aralığında komşu antenlerde alınan molekül sayıları ve bir önceki zaman aralığında aynı antende alınan molekül sayıları da hesaba katılır. Sadece komşu antenlerin işleme alındığı uzay eşitleme yönteminde bir antenin komşularındaki molekül sayısı bir katsayı ile çarpılarak o antendeki molekül sayısına eklenir ve elde edilen molekül sayıları karşılaştırılarak bilgi dizisine karar verilir. Yapılan çalışmalarda bu katsayının çoğunlukla pozitif olduğu belirlenmiştir yani uzayda eşitleme kanalda kaybettiği gücü yeniden kazanarak kanallar arası girişime karşı etkili olmayı hedefler. Zamanda eşitleme tekniğinde antenin bir önceki zaman aralığında aldığı molekül sayısı bir katsayı ile çarpılarak molekül sayısına eklenir. Bu katsayının da negatif olması kanala gönderildikten sonra alıcıya geç ulaşan moleküllerin hesaptan çıkarılmasını yani semboller arası girişimin azaltılmasını sağlar. Uzay-zamanda eşitleme tekniğinde ise hem uzay hem de zamanda eşitleme aynı anda kullanılarak tekniklerin performansı arttırılır.Monte Carlo simülasyonları yapılarak uzay-zamanda eşitleme yöntemlerinin bit hata performansları karşılaştırılmıştır. Uzayda eşitleme yöntemi kanallar arası girişimin baskın olduğu durumlarda zamanda eşitlemeden daha iyi hata performansı gösterirken semboller arası girişimin baskın olduğu kanallarda zamanda eşitleme etkin olmuştur. Bu durumun açıklaması olarak uzayda eşitlemenin kanallar arası girişime karşı, zamanda eşitlemenin ise semboller arası girişime karşı etkili olması gösterilebilir. Eşitleme olmayan durumlarla karşılaştırıldığında bu iki teknik de hata oranını düşürmüştür. Bu iki tekniğin eş zamanlı olarak kullanıldığı uzay-zamanda eşitleme tekniği ise hem kanallar arası girişim hem de semboller arası girişimi azaltarak sistemin hata performansını ciddi ölçüde geliştirmiştir.Tezde önerilen ikinci yaklaşım moleküler haberleşme kanallarındaki olası hizalanma hatalarına karşı performansı korumayı hedefleyen bir tekniktir. Literatürde indis modülasyonu uygulanan sistemlerde alıcı ve verici ünitelerin karşılıklı olduğu ve haberleşme süresince mükemmel hizalanmanın korunduğu kabul edilmiştir. Ancak moleküler haberleşme sistemi sıvı ortamda olduğu için hizalanma hatalarının olması mümkündür. Bu duruma karşılık düşük karmaşıklıklı çeşitleme birleştiricisi yöntemi önerilmiştir. Alıcıda moleküller sayıldıktan sonra elemanları her antendeki molekül sayıları olan bir alınan molekül vektörü oluşturulur. Bu vektör çeşitleme birleştirme vektörü ile çarpılarak ilk antendeki molekül sayısı yeniden hesaplanır. Birinci antenden kaç yan antene bakıldığına göre aynı çeşitleme birleştirme vektörünün o kadar döngüsel ötelenmişi kullanılarak her antendeki molekül sayısı hesaplanır ve yeni hesaplanan molekül sayılarına göre bilgi dizisi en yüksek sayı kod çözücüsü ile çözülür. Tezdeki çalışmalarımızda kanal dürtü yanıtının alıcıda hesaplanabildiği varsayılarak çeşitleme birleştirme vektörü kanal dürtü yanıtının ilk zaman aralığındaki değerleri olarak seçilmiştir.Çeşitleme birleştiricisi yönteminin performansı Monte Carlo simülasyonları ile incelenmiştir. Alıcı ve verici arasında yz düzleminde açısal olarak fark oluşmaya başladıkça geleneksel yöntemin hata oranı artmaya başlamıştır. Alıcı, komşu vericilerinin orta noktasına gelecek şekilde hizalandığında yani en kötü senaryoda bilgi dizisi çözülememiştir. Önerilen yöntem ise açısal kaymalara karşı etkili bir koruma oluşturmuştur ve en kötü durumda bile kabul edilebilir hata performansı göstermiştir. Kanallar arası girişimin baskın olduğu sistemlerde önerilen yöntem, geleneksel yöntemden mükemmel hizalanma durumunda bile daha iyi sonuç vermiştir. Semboller arası girişimin baskın olduğu mükemmel hizalanmış kanallarda ise önerilen yöntem, geleneksek yöntemin gerisinde kalmıştır ancak olası açı kaymalarında gösterdiği performans koruması sebebiyle çeşitleme birleştiricisi yöntemi düşük karmaşıklıklı ve güçlü bir teknik olmuştur. Molecular communication, which is inspired from nature, is a communication technique that enables the data transmission between nano-machines. In the future, nano-machines will be used in many application areas such as bio-medicine, industry, military, however, they will be able to operate only simple tasks individually because of their limited processing power. In order to accomplish complex tasks, nano-machines have to work together and form a nano-network. Molecular communication is a very promising technique to be deployed in nano-networks.A molecular communication system consists of a transmitter (TX) unit, a receiver (RX) unit and the molecular channel. TX encodes the information on the physical properties of molecules and emits to the channel. RX absorbs the molecules, which propagate in the channel and reach to the surface of RX, and decides to the information. According to the propagation of molecules, there are several kinds of molecular communication forms in the literature. As an example, molecules can be carried by molecular motors or emitted to the channel and directed with the flow. In molecular communication via diffusion (MCvD), molecules are emitted to the liquid environment without drift and propagate with free diffusion. In this thesis, all our works are related with the MCvD.In single-input single-output (SISO) molecular communication channels, one TX antenna and one RX antenna are used. Information can be encoded on the number of molecules, type of the molecules or release time of molecules etc. Since the diffusion motion of molecules is random in three dimensions of space, there is a probability that a molecule may arrive at the RX late or may never arrive at the RX. The late reaching molecules cause inter-symbol interference (ISI) in the channel.Multiple-input multiple-output (MIMO) systems have multiple TX and RX antennas. Because of the diffusion, a molecule may reach to the any RX antenna in the channel. In addition to ISI, molecules reach to the unintended RX antenna cause inter-link interference (ILI). In MIMO systems, multiple antennas provide great flexibility. Spatial multiplexing divides the input data and sends each stream from another TX antenna simultaneously. This technique increases throughput but suffers from high ILI since all TX antennas are active at a time. In molecular MIMO systems, spatial codes are also proposed. Nevertheless, molecular communication is disadvantageous for space-time block codes because there are no negative or complex numbers of molecules. Index modulation (IM), in which the information is encoded on TX antenna index, is an effective MIMO technique for MCvD channels. At the TX unit, only one TX antenna is active at a time and the RX unit decodes the data according to the antenna index with the maximum arrival count. In addition, spatial modulation (SM) is an IM-based modulation technique that the information can be encoded on both antenna index and the physical properties of molecules.In this thesis, two novel methods are proposed for IM-based molecular modulation schemes. Firstly, a novel space-time equalization technique is developed for increasing the error performance of the system. Secondly, a low complexity solution is presented for a possible angular misalignment in the system.Space-time equalization technique applies an equalization operation to the received signal before demodulation. In space equalization, arrival count of RX antenna's neighbors are multiplied with a coefficient and added to the count of RX antenna. In our studies, this coefficient is found as a positive number so space equalization regains the transmit power and gets effective against ILI. In time equalization, arrival count of RX antenna in the previous time slot is multiplied with a coefficient and added to the count of current time slot. By selecting a negative number as a coefficient, late reaching molecules are removed from the signal and ISI is reduced. Space-time equalization applies both space equalization and time equalization simultaneously for being effective against ISI and ILI at the same time.Bit error rate (BER) performance of equalization techniques are compared with Monte Carlo simulations. For different system parameters, MCvD channel may be dominated by ISI or ILI. It has been observed that the space equalization technique performs better than time equalization in terms of BER when the channel is dominated by ILI. On the other hand, time equalization is effective for improving error performance in the ISI dominated channels. When compared with the cases without equalization, our findings reveal that both time equalization and space equalization lower the error rate. Moreover, space-time equalization technique reduces ISI and ILI at the same time and increases the error performance of the system significantly.Second concept proposed in the thesis is a technique that aims to protect the performance of the system against possible misalignment of the system. In the literature, IM-based modulation schemes assume the perfect alignment of TX unit and RX unit. But in MCvD systems, a potential misalignment is possible since TX and RX units are in liquid environment. Against this misalignment case, a low complexity diversity combining method is proposed. At the RX unit, an arrival count vector is generated after the arrival of molecules in each RX antenna is counted. This vector is multiplied with a diversity combining vector to calculate the count of first RX antenna. Cyclic shift of the same diversity combining vector is used to calculate the count of other RX antennas. Finally, calculated counts are compared for deciding to the bit sequence. In our studies, channel impulse response (CIR) in the first time slot is selected as diversity combining vector assuming the availability of CIR at the RX unit.Symbol error rate (SER) performance of the diversity combining method is investigated with Monte Carlo simulations. As the angular misalignment between TX unit and RX unit in the yz plane increases, error rate of the conventional method also increases. When RX antenna is aligned to the middle of two neighboring TX antennas, which is the worst case, bit sequence can not be decoded. Proposed diversity combining method protects the system for angular misalignment and even in the worst case a desirable error rate is obtained. In ILI dominated channels, proposed method performs better than conventional method for both misaligned channels or perfectly aligned channel. When ISI dominates the channel, our proposed method yields a worse error performance than conventional method in perfectly aligned channel. Still, protection of diversity combining against the misalignment of the system makes our proposed method an effective and low complexity technique. 79

Bu tez çalışmasında, S bant radar uygulamalarında kullanılmak üzere 2.7-2.9 GHz frekans bandında çalışacak, yüksek güç ve verimli bir güç kuvvetlendirici tasarımı sunulmuştur. Tasarlanacak devrenin hedeflenen uygulama alanları olan faz dizili radar ve diğer katı hal kuvvetlendirici yapısı kullanan radarlarda kullanımını kolaylaştırabilmek adına modüler bir yapıda olmasına dikkat edilmiştir.Katı hal kuvvetlendiriciler için yüksek güç söz konusu olduğunda galyum nitrit (GaN) teknolojisi diğer alternatifleri olan silisyum (Si) ve galyum arsenit (GaAs)'den en yüksek güç, kazanç ve verim kombinasyonuna sahip olması yönünden üstündür. GaN transistörler yüksek akım yoğunluğu sayesinde aynı miktardaki güçlerin çok daha küçük transistör boyutlarıyla gerçeklenebilmesine imkân vermektedir. Üzerine temellendiği silisyum karbit (SiC)'in üstün ısıl kabiliyeti sayesinde transistör üzerinde oluşan ısıyı çok daha iyi şekilde atabilmektedir. Bunlara ek olarak yüksek besleme gerilimleriyle çalışabilmesinin sonucu olarak daha yüksek çıkış empedanslarına sahip olması da uyumlama devresi tasarımını kolaylaştıran bir diğer artısıdır. Sahip oldukları bu üstün özellikleri ve yüksek güç ihtiyacından dolayı bu tez çalışmasında aktif eleman olarak GaN transistörler tercih edilmiştir.Güç kuvvetlendiricileri tasarımında verim ve doğrusallık gibi isterlere göre tercih edilebilecek farklı sınıflar bulunmaktadır. Bu tez çalışması içerisinde hedeflenen yüksek verimi karşılayabilmesi adına, çıkışındaki çoklu harmonik rezonatörler sayesinde transistörün savak-kaynak uçları arasındaki akım ve gerilim şekillerini biçimlendirerek ideal şartlar altında 100% verime ulaşabilen F sınıfı güç kuvvetlendiricisi kullanılmasına karar verilmiştir. Hedeflenen modüler tasarım yapısını gerçekleyebilmek adına tasarlanacak devre ana kuvvetlendirici ve sürücü kuvvetlendirici katı olmak üzere iki ayrı birime bölünmüştür. Tekrar kullanım kolaylığı, kolay test edilebilirlik ve optimizasyon elverişliliği sunması açısından tasarlanacak iki katın giriş ve çıkış empedanslarının ayrı ayrı 50 Ω'a uydurulması uygun görülmüştür.Devre tasarımına ilk önce ihtiyaçlara uygun transistörler ve dielektrik taban seçilerek başlanmıştır. Ardından sürücü ve ana kuvvetlendirici katları ayrı ayrı tasarlanmıştır. Tasarlanan her kat için öncelikle seçilen transistörlerin karakter analizi yapılmıştır. Ardından seçilen transistörler için yük-çek (load-pull) analizi uygulanmıştır. Yük-çek analizi sonrası tasarım isterlerine göre istenilen verim ve çıkış gücü ikilisini sağlayan giriş ve çıkış empedans değerleri elde edilmiştir. Elde edilen giriş ve çıkış empedanslarına göre uyumlama devreleri tasarlanmıştır. Uyumlama devrelerinin tasarımı esnasında transistörlerin doğrusal olmayan modellerinin sunduğu gerçek (intrinsic) akım ve gerilim değerleri incelenmiştir. Gerçek akım ve gerilim değerlerinin fiziksel olarak incelenmesi mümkün olmadığı için, dalga formu mühendisliği açısından çok önemli bir araç olan bu değerler benzetim yoluyla incelenmiştir. F sınıfı dalga formuna yakın değerlerin elde edilmesinin ardından tasarımdaki bir sonraki adıma geçilmiştir. Mikroşerit hatlar ile tasarlanan uyumlama devreleri oluşabilecek süreksizliklere ve birbirleriyle olan etkileşimlerine karşılık elektromanyetik analiz ile incelenmiştir. Elektromanyetik analiz sonucu devre üzerinde ortaya çıkan performans kayıpları optimizasyonlar ile giderildikten sonra devrenin üretim kısmına geçilmiştir. Sürücü ve ana kuvvetlendirici katlarının birleştirilmesinin ardından devrelerin serimi yapılmış ve üretime hazır hale getirilmişlerdir. Üretilen devre kartları hazırlanan bakır plaka üzerine monte edilmiş ve ölçüm için hazır hale gelmiştir.Son aşama olarak üretilen devrenin performans değerleri ölçülmüştür. Kazanç, güç, verim, doğrusallık ve kararlılık yönünden performans analizleri yapılan devrenin sonuçları değerlendirilmiştir. Ölçümler sonucunda devrede 25 dBm giriş gücü için merkez frekansı olan 2.8 GHz'de elde edilen en yüksek güç ekli verim değeri 71.5%, yine aynı frekans ve giriş gücü için ölçülen çıkış gücü ise 47.2 dBm (~52.5 watt) olmuştur. 25 dBm giriş işareti gücü için 47 dBm (50 watt) ve üzeri çıkış gücü ve 70% üzeri verim 200 MHz'lik (2.7-2.9 GHz) bant genişliği boyunca sağlanmıştır. Nowadays, the increasing competition in wireless communication in both military and civil applications has brought an endless search for more efficient, less power consuming, lighter and compact products. The efficiency of the power amplifiers, which are the most power consuming and heat producing part, is of great importance in the products that are designed to be long lasting and require as little maintenance as possible. High efficiency has become a critical need for power amplifiers because it means longer battery life, lower operating temperatures and simpler external cooling systems. The RF power amplifier design by its nature contains a trade off between efficiency, output power and linearity. Although the main objective is to design the best power amplifier in all its features, it is necessary to waive performance in area in order to achieve better performance in another.One of the areas with high power needs is radar applications. There are many radars operating in the S-band covering the frequency range of 2-4 GHz. Primary surveillance radars (PSR), air traffic control radars (ATC), airport surveillance radars (ASR), meteorological radars and sea search radars are important examples of radars operating in S-band. Although these types of radars are generally based on a central single transmitter system, phased array radar systems that provide electronic beam steering are becoming more common.In this dissertation, a high power and efficient power amplifier design which will work in 2.7-2.9 GHz frequency band is presented for use in S band radar applications. It has been paid attention that the circuit to be designed has a modular structure in order to facilitate its use in the targeted application areas which are phase array radars and other radars that use solid state PAs.When it comes to high power for solid state amplifiers, the GaN technology is superior to its alternatives, Si and GaAs, in terms of the highest combination of power, gain and efficiency. The high current density of GaN transistors allows the same amount of power to be produced with much smaller transistor sizes. Thanks to the superior thermal capability of the SiC on which GaN is based, it can better dissipate the heat generated on the transistor. In addition, the fact that it has higher output impedances as a result of its ability to work with high supply voltages is another advantage that facilitates the matching circuit design. Because of their superior properties and high power requirements of the circuit, GaN transistors were preferred as active elements in this thesis.There are different classes in the design of power amplifiers that can be chosen according to requirements of applications such as efficiency and linearity. In this thesis, in order to meet the targeted high efficiency, it is decided to use class F power amplifier which can achieve 100% efficiency under ideal conditions by shaping the current and voltage shapes between the drain-source ends of the transistor by using the multiple harmonic resonators at its output. In order to realize the targeted modular design structure, the circuit to be designed is divided into two separate units as main amplifier and driver amplifier stages. In order to provide ease of reuse, easy testability and optimization, it has been found appropriate to matching the input and output impedances of the two stages to 50 Ω separately.Circuit design was first started by selecting transistors and dielectric substance suitable for the needs. Then the driver and main amplifier stages are designed separately. Characteristic analysis of the selected transistors was performed. Then load-pull analysis was performed for the selected transistors. After load-pull analysis, input and output impedance values were obtained according to the design requirements, which provide the desired efficiency and output power pair. The matching circuits are designed according to the obtained input and output impedances. During the design of the matching circuits, the intrinsic current and voltage values of the non-linear models of the transistors were examined. Since it is not possible to physically examine the intrinsic current and voltage values, these values, which are a very important tool in terms of waveform engineering, have been examined by simulation. After obtaining the values close to the class F waveform, the next step in the design was proceeded. The matching circuits designed with microstrip lines were examined by electromagnetic analysis in order to detect possible discontinuities and performance losses. After eliminating the performance losses unveiled by the electromagnetic analysis, the production part of the circuit has been started. After the putting together the driver and the power stage, the circuits were made ready for production. The produced circuit boards are mounted on the prepared copper plate and became ready for measurement.As the last step performance values of the produced circuit were measured. The results of the performance analysis were evaluated in terms of gain, power, efficiency, linearity and stability. As a result of the measurements, the highest power added efficiency value obtained, at 2.8 GHz center frequency and for 25 dBm input power, was 71.5%, and the output power measured for the same frequency and input power was 47.2 dBm (~ 52.5 watts). For the 25 dBm input power level, more than 47 dBm (~ 50 watts) output power and 70% power added efficiency are achieved over a bandwidth of 200 MHz (2.7-2.9 GHz). 111

Çeşitli uygulama alanlarına sahip olan mevcut kablosuz haberleşme ağları, erişim düğümleriyle beraber pille çalışan çok sayıda kablosuz düğümden oluşur. Gelecek nesil haberleşme ağlarında birbirleriyle haberleşen kablosuz düğümlerin sayısının büyük oranda artacağı düşünülmektedir. Bununla birlikte, bir kablosuz düğümün enerjisi kendi pilinin kapasitesi ile sınırlıdır, bu da bilgi iletmek ve almak için diğer düğümlerle iletişim kurma kabiliyetini sınırlar. Kablosuz düğümlerin tasarımında, boyutlarıyla orantılı olan pil kapasitelerinin artması, kullanıcı form faktörü gereklilikleri nedeniyle mümkün olmayabilir. Bir çözüm olarak, ortamdaki enerji kaynaklarını kullanan şarj edilebilir piller ve süperkapasitörler kullanılabilir. Bu bağlamda, /textit{enerji hasatlama} düşük güç harcayan cihazlar için alternatif bir enerji elde etme teknolojisi olarak düşünülebilir. Enerji hasatlama devreleriyle donatılmış elektrikli cihazlar, ortam enerjisini radyo dalgalarından, güneş ışığından, titreşimden, vücut hareketlerinden, ısı değişimlerinden veya başka formdaki hasatlanabilir enerji kaynaklarından toplarlar. Bu kaynaklar arasında bulunan ve haberleşme sistemlerinde halihazırda kullanılan radyo frekansı (RF) işareti örneği ile kablosuz haberleşme düğümlerinde enerji hasatlama açıklanabilir. Bir RF enerji hasatlama (RFEH) sisteminde, televizyon/radyo yayın kulelerinden, hücresel baz istasyonlarından ve wi-fi noktalarından yayılan RF işaretleri bir anten tarafından yakalanır ve daha sonra bir doğrultucu devre vasıtasıyla doğru akım (DC) işaretine dönüştürülür. Ardından, kablosuz düğümlerin pilini yeniden şarj etmek için, DC işaretin gerilimi gerekli gerilim seviyesine yükseltilir. RFEH hasatlama dışında, çevredeki bahsedilen diğer enerji kaynaklarından da faydalanılarak enerji hasatlama sistemleri tasarlanabilir. Bu enerji kaynakları tek başına kullanılabildiği gibi, hasatlanan enerji miktarını artırmak için hibrit enerji hasatlama (HEH) sistemleri olarak adlandırılan enerji hasatlama sistemlerinde, çoklu türde enerji kaynakları olarak birlikte de kullanılabilirler.Bu tez çalışmasında, gelecek nesil kablosuz haberleşme ağlarında enerji hasatlama uygulamalarının yapılabilirliğini arttırmaya yönelik yeni bir enerji hasatlama sistem modelinin önerilmesi ve analizinin yapılması hedeflenmiştir. Bu amaçla, bu tezin hedefine ulaşmak amacıyla, üç temel çalışma yapılmıştır. Öncelikle, haberleşme sistemlerinde bilgi iletmek amacıyla kullanılan RF işaretine dayanan, RFEH'ye odaklanılarak, farklı sistem modellerine göre bir çalışma yapılmış, daha sonra HEH düşünülerek enerji kaynaklarının rastgeleliğini modellemek için bir çalışma yapılmış, son olarak ise HEH için kapsamlı bir sistem modeli düşünülerek yeni bir model oluşturulmuştur. Bu çalışmalar aşağıda kısaca özetlenmiştir.İlk çalışmada, sonlu kapasiteli şarj edilebilir bir pil ile çalışan bir RFEH kablosuz düğümünün, tek bir enerji kaynağı kullanılan sistem modeline göre sonlu durumlu Markov kanalı (FSMC) tabanlı Markov modelinin elde edilmesi amaçlanmıştır. Bu model ile, RFEH düğümüne gelen RF işaretinden hasatlanan enerji ve RFEH düğümünün haberleşme trafiği sebebiyle harcanan enerji modelleri tek bir Markov modelinde birleştirilmiştir. RFEH düğümünde hasatlanan enerjinin değer aralığı, önerilen eşit pil adımı yöntemi ile bölümlendirilmiştir. Hasatlanan enerjinin FSMC modelinde birer durum olarak ifade edilen bu bölümlerin kararlı durum olasılıkları, RFEH düğümünün kablosuz kanalın etkisini içeren bir enerji modelinin elde edilmesini sağlayacak şekilde Markov zincirine uygulanmış ve temel RFEH modeli oluşturulmuştur. Oluşturulan bu temel RFEH modeli, RF varışı ve enerji harcanmasına sebep olan etkinlik varışı süreçlerinin olasılıksal yapıları dikkate alınarak farklı senaryolara göre yeni enerji hasatlama modellerine genişletilmiştir. Sayısal çalışmalar yapılarak, parametrelerin RFEH sistemlerinin performansı üzerindeki etkileri gösterilmiş ve geliştirilen modeller doğrulanmıştır. İkinci çalışmada, HEH sistemleri için çoklu enerji kaynaklarından elde edilen enerjinin karışım modelleri ile tek bir formda modellenmesi ve HEH'nin her aşamasındaki enerji karakteristiğinin elde edilmesi amaçlanmıştır. Çoklu enerji kaynakları, enerji türüne göre enerji kaynak kümelerine ayrılmıştır. Enerji hasatlama modülleri çıkışındaki hasatlanan enerjiler, beklenti-maksimizasyon algoritması kullanılarak karışım parametreleri bulunan, Gauss karışım (GM) modelleri ile modellenmiştir. Önce, enerji kümelerinin birbirlerinden bağımsız oldukları düşünülerek, GM modelleri elde edilen hasatlanan enerjilerin ortak dağılımları elde edilmiştir. Ortak dağılımlar, enerji kümelerindeki bileşen yoğunlukların olası kombinasyonlarının meydana getirdiği ortak yoğunlukların toplamı olarak ifade edilmiştir. Sonra, enerji kümelerinin birbirleriyle korelasyonlu olma durumu dikkate alınarak ve korelasyon katsayıları kullanılarak, ortak dağılımlar aynı formda elde edilmiştir. Daha sonra ise, hem bağımsız hem de korelasyonlu enerji kümelerini kapsayan genel formda bir ifade sunulmuştur. Bu model kullanılarak, enerji birleştiricinin çıkışının yanı sıra enerji depolayıcıdaki enerjilerin dağılımları elde edilmiştir.Son çalışmada, hem çoklu enerji kaynakları hem de çoklu hedef düğümleri içeren HEH haberleşme sistemlerinin, olasılıksal enerji profillerine dayalı olarak modellenmesi amaçlanmıştır. Yaklaşımımıza göre, enerji varışlarının olası kombinasyonları için bir HEH haberleşme sisteminin alınan enerji seviyeleri, hasatlanan enerji seviyelerini belirlemek için kullanılacak olan, GM modelleri kullanılarak karakterize edilmiştir. Bu modeller kullanılarak elde edilen hasatlanan enerjinin değer aralığı bölümlenmiş ve bölümleme sonucu elde edilen aralıkların kararlı durum olasılıkları bir enerji kanalı olarak FSMC modeli oluşturmak için kullanılmıştır. Enerji varışına benzer şekilde başka bir FSMC modeli, çoklu uygulama servislerine bağlı olarak HEH haberleşme sisteminde harcanan enerji için oluşturulmuştur. Bu modeller kullanılarak, HEH haberleşme sistemleri için enerji hasatlama ve enerji harcama profillerini içerecek şekilde entegre bir Markov enerji modeli geliştirilmiştir. HEH haberleşme sistemlerinin performansını değerlendirmek için, enerji kesintisi, enerji kıtlığı ve servis kaybı olasılıklarının ifadeleri analitik olarak türetilmiştir. Sayısal çalışmalarda, türetilmiş ifadeler benzetim sonuçlarının eşleştirilmesiyle doğrulanmış ve HEH haberleşme sistemlerinin performansının enerji kaynağı çeşitliliği ile önemli ölçüde arttığı gösterilmiştir.Yapılan çalışmalar ve önerilen metodoloji ile sistem modellerine uygun enerji hasatlama haberleşme sistemlerinin gerçekçi bir şekilde modellenebilmesi ve analiz edilebilmesi sağlanmıştır. Bu yaklaşım ile sürdürülebilir ve pratik olarak uygulanabilir şekilde enerji hasatlayan kablosuz ağların geliştirilmesine katkıda bulunulmuştur. Current wireless communication networks have a wide variety of application areas, and consist of a large amount of battery powered wireless nodes. It is envisioned that the number of wireless nodes communicating with each other in the next generation communication networks will significanly increase. However, energy of a wireless node is limited by the capacity of its battery, which limits its ability to communicate with other nodes to transmit and receive information. In the design of wireless nodes, the increase of battery capacities, which are proportional to their size, may not be possible due to user form-factor requirements. As a solution, rechargeable batteries and supercapacitors that are charged by ambient energy sources can be used. In this context, energy harvesting, also known as energy scavenging or power harvesting, can be considered as an alternative energy source for low-power devices. Electrical devices equipped with energy harvesting circuits gather ambient energy from radio waves, sunlight, vibration, body motion, thermal gradients, or other forms of harvestable energy. Energy harvesting for wireless communication nodes can be explained by radio frequency (RF) signal as an example, which is already used in communication systems. In an RF energy harvesting (RFEH) system, RF signals emitted from TV/radio broadcast towers, cellular base stations, and wi-fi points are captured by an antenna, and then converted to direct current (DC) signal by means of a rectifier circuit. Next, the voltage of DC signal is boosted to the required voltage level to charge the rechargeable battery of wireless nodes. In this thesis, the main objective is to propose and analyze a new energy harvesting system model in order to increase the feasibility of energy harvesting applications within the next generation wireless communication networks. For this purpose, three foundational studies have been conducted in order to reach the target of this thesis. First, a study is carried out for different system models based on RFEH, based on the RF signal used to transmit information in communication systems, and then a study to model the randomness of energy resources is conducted by considering hybrid energy harvesting (HEH), and finally, a new model is created for a comprehensive system model of HEH. These studies are briefly summarized below.In the first study, it is aimed to obtain the Markov model based on the finite-state Markov channel (FSMC) of a RFEH wireless node operating with a finite capacity rechargeable battery, according to the system model using a single energy source. With this model, the energy harvested from the RF signal to the RFEH node and the energy consumption due to the communication traffic of the RFEH node are combined in a single Markov model. The value range of the harvested energy in the RFEH node is partitioned by the recommended equal battery step method. The steady-state probabilities of these intervals, expressed as a state in the FSMC model of harvested energy, are applied to the Markov chain to provide an energy model containing the effect of the wireless channel of the RFEH node and the fundamental RFEH model is created. This fundamental RFEH model is extended to new energy harvesting models according to different scenarios, taking into account the probabilistic nature of RF arrival and event arrival processes that lead to energy consumption. By performing numerical studies, the effects of the parameters on the performance of RFEH systems are shown and the developed models are confirmed.In practical applications, the energy obtained from the surroundings by a single energy harvester may not provide enough energy to the wireless sensors. In such scenarios, different energy transducers or energy harvester arrays that obtain energy from the same source can be used to increase the amount of harvested energy. Different configurations of antenna and rectifier arrays can be used in order to increase the amount of harvested energy in RFEH. Similarly, it is possible to enhance the amount of energy obtained by light, thermal, and piezoelectric harvesters with different combinations of photovoltaic cells, thermoelectric couples, and cantilever beams, respectively. However, each energy source has its associated disadvantages as well the advantages, depending on the energy harvesting system and the ambient conditions. In order to jointly overcome such disadvantages and to increase the amount of harvested energy, it is proposed to utilize more than one kind of energy source in an energy harvesting system, referred to as HEH. Energy harvesters designed for a single energy source can be combined to form a hybrid energy harvester. Instead of using different energy harvesters separately, an energy harvester with a compact energy transducer can also be used. In any case, suitable circuit designs can be made to combine different energy sources. Regardless of the energy sources in the environment that are used for energy harvesting, the total amount of energy transferred from the energy sources to the energy harvester is not deterministic but random. For example, considering RFEH, the probabilistic structure of RF signals mainly depends on the nature of the propagation path between the source and the receiver. This path is characterized by many probabilistic wireless channel models such as Rayleigh and Ricean fading models. Similar to RF, the solar irradiance changes according to the weather conditions, which is generally modeled by the Beta distribution. In the light of the aforementioned evaluations, HEH needs to be studied, especially based on the uncertainty of energy in the surroundings. In the second study, it is aimed to model the energy obtained from multiple energy sources for HEH systems in a single form with the mixture models and to obtain the energy characteristic at every stage of the HEH. Multiple energy sources are divided into energy resource clusters by energy type. The harvested energies at the output of the energy harvesting modules are modeled with Gaussian mixture (GM) models, which contain the mixture parameters using the expectation-maximization algorithm. First, the distribution of the harvested energies obtained from the GM models is obtained, considering that the energy clusters are independent of each other. Common distributions are expressed here as the sum of the common densities produced by possible combinations of component densities in the energy clusters, referred to herein as the component common density. Then, by using the correlation coefficients of the energy clusters and the correlation coefficients, the common distributions are obtained in the same form. Then, an expression in the general form, which includes both independent and correlated energy clusters, is presented. Thus, taking into account the randomness of ambient energy, a probabilistic model is provided in a single form for clusters containing multiple energy sources. Using this model, the distribution of the energies in the energy storage as well as the output of the energy combiner are obtained.By means of HEH systems, a stable energy supply can be obtained as well as more harvested energy. On one hand, one of the most important challenges in energy harvesting is the randomness of harvested energy. The energy sources usually emit energy in different amounts intermittently. For designing an energy harvesting system, the active/passive state of energy source and the amount of emitted energy during active period also need to be answered. All these items form the energy dissipation behavior of an energy source, which can be characterized by probabilistic models. As an answer to the amount of emitted energy during active period, solar irradiance and electromagnetic power can be modeled by Beta and Gamma distributions in the presence of solar and RF energy sources, respectively. From the perspective of HEH systems, which includes multiple type energy sources with different energy dissipation behaviors, the harvested energy directly depends on these sources and their behaviors. All these behaviors constitute the energy harvesting profile of wireless device. On the other hand, another important challenge is the randomness of consumed energy. The aforementioned information required for energy sources apply to the wireless device in terms of operational functions or application service. Considering a communication system with multiple nodes, in which an energy harvesting wireless device intermittently communicates with various devices according to different application services, the energy consumption of a wireless device can be determined according to the application services based on corresponding transmission rates. The combination of energy consumption behaviors for different application services also form the energy consumption profile of wireless device.In our final study, we propose to use HEH systems, utilizing different types of energy sources, in communication networks and to model the HEH communication systems, including both multiple energy sources and multiple destination nodes, based on probabilistic energy profiles. According to our approach, the received energy levels of an HEH communication system for possible combinations of energy arrivals are characterized using Gaussian mixture models to be used to determine the harvested energy levels. The value range of the harvested energy obtained using these models is partitioned and the steady-state possibilities of the intervals obtained as a result of the partitioning are used to create an FSMC model as an energy channel. Similar to energy arrival process, another FSMC model is created for the energy consumption on the HEH communication system, depending on the multiple application services. Using these models, an integrated Markov energy model has been developed to include energy harvesting and energy consumption profiles for HEH communication systems. In order to evaluate the performance of the HEH communication systems, the expressions of energy outage, energy shortage and service loss probabilities are derived analytically. In numerical studies, the derived expressions are confirmed by matching the simulation results, and the performance of the HEH communication systems is shown to be significantly increased by the diversity of energy sources.With the studies and proposed methodology, it is provided that the energy harvesting communication systems that are suitable for the system models can be modeled and analyzed in a realistic way. This approach contributed to the development of sustainable and practically applicable wireless networks. 132

Teknolojik yeniliklerin hızla artması birçok elektronik cihazın altyapısını oluşturan elektronik kart takımlarından istenenlerin de bu oranda artışına yol açmıştır. Buna göre kart takımları üzerindeki malzeme yoğunlukları artmış ve bu da daha az yer kaplayan malzemelere ihtiyaç duyulmasına sebep olmuştur. Bu doğrultuda günümüzde, elektronik kart tasarım firmaları daha küçük paket yapısına sahip, yüksek giriş/çıkış sayısı ve gelişmiş elektrik performansı gibi birçok avantajı olan BGA (ball grid array) yapıdaki malzemelerin kullanımına yönelmiştir. BGA malzemelerin elektronik kart takımına montajı yapıldıktan sonra malzemenin gövdesi altında kalan lehim toplarının kontrolünde görsel inceleme, gezen prob testi, X-ışını görüntüleme ve boya nüfuz etme testi yöntemleri kullanılmaktadır. Görsel inceleme yöntemiyle, kenar bölgesi dışında kalan lehim toplarındaki hatalar tespit edilememektedir. Gezen prob testinde ise kart takımı üzerinde hata kaynağının bulunabilmesi için her malzemenin elektriksel ölçümlerinin alınması gerekmektedir. Bu ciddi bir işçiliğe neden olup, hatanın asıl nedeninin (malzemenin iç yapısı veya üretim süreci) hakkında net bir bilgi sağlayamamaktadır. Boya nüfuz etme testi, malzemenin arızalı olduğu tespit edildikten sonra hatanın nedenini bulmaya yarayan tahribatlı bir yöntemdir. Bu nedenle denetim amaçlı kullanımı tercih edilmemektedir.Günümüzde, BGA'ların X-ışını görüntülemesinin, malzemelerin gövdesinin altına yerleştirilmiş lehim bağlantılarının kontrolünü yapmak için en etkili teknik olduğu görülmektedir. BGA'ların X-ışını görüntüleme işleminde, malzemenin denetimini gerçekleştirmek için X-ışını emisyon konisi içinde hareket ettirilerek ortamın yoğunluğuna, kalınlığına ve atom sayısına göre, X ışını radyasyonunun farklı şekilde emildiği gözlenir. Malzemenin kalınlığı ve yoğunluğu arttıkça, emilen X-ışını artacak ve koyu bölgeler oluşacaktır. Bu nedenle, lehim bölgeleri, boş BDK (baskı devre kartı) katmanları ve malzeme gövdesi gibi diğer bölgelerden daha koyu olacaktır. Bu kontrast farkı sayesinde BGA'nın lehim bağlantıları kolayca kontrol edilebilmektedir. X-ışını kullanılarak yapılan bu ölçüm işlemi için kullanılan en yaygın yöntem, teknik personelin malzemenin lehim toplarına farklı açılardan bakarak göz ile yaptığı denetim mantığına dayanmaktadır. Teknik personelin yetkinliğine bağlı olarak yapılan bu denetim, kişiye bağlı olması ve tekrar edilebilir bir sistem olmaması dolayısıyla hataların tespitinde başarılı bir yüzde yakalayamamaktadır.BGA malzemelerin lehim kontrolünde yaşanan kişiye bağlı yorumlama probleminin önüne geçebilmek için otomatik hata tespitine yönelik literatür araştırması yapılmıştır. Buna göre yapılan incelemede, BGA malzemelerin X-ışını görüntülerinin sınıflandırılmasında karmaşık görüntü işleme tekniklerinin kullanıldığı gözlenmiştir, ancak yüksek sınıflandırma sonuçlarına ulaşılamamıştır. Son yıllarda, derin sınıflandırma yöntemlerinin özellikle sınıflandırma problemlerinde çok başarılı olduğu gösterilmiştir. Bu çalışmada, BGA malzemelerin X-ışını görüntüleri, lehim bağlantılarının koşullarına göre dört sınıfa ayrılmıştır: normal, kısa devre, yapışmama hatası ve hava boşluğu ('void') hatası. BGA malzemelerin X-ışını görüntülerini sınıflandırmak için DivNet (diverjans temelli derin sinir ağı) isimli yeni bir ağ modeli önerilmiştir. Ayrıca literatürdeki çalışmalarla karşılaştırıldığında, önerilen çalışma ile BGA X-ışını görüntülerine karmaşık görüntü işleme teknikleri (öznitelik çıkarma ve ön işlem adımları) uygulanmadan sınıflandırma yapılabilmiştir. Önerilen derin sinir ağı (DSA) modeli, öznitelik çıkarıcı katmanları ve minimum mesafe sınıflandırıcısını içerir. Önerilen ağ az sayıda katmandan (dört evrişim katmanı ve bir tam-bağlı katman) oluştuğundan, ağın hiper parametrelerinin belirlenmesi ve ağın eğitimi kısa sürede gerçekleştirilir. Çalışmada dört sınıf bulunmaktadır ve Walsh matrisinin derecesi on altıdır. Bu durumda, önceden eğitilmiş ağ, on iki sınıfın dağılımını öğrenmek için kolayca genişletilebilir. Evrişimsel sinir ağının (ESA) çıkışında, sınıfların sayısı kadar düğüm olması zorunlu değildir. Aslında, bu çıkış katmanı öznitelik uzayını oluşturur. Bu çalışmada, eğitim ve test aşamalarını oldukça kısa sürelerde gerçekleştirmek için öznitelik uzayının boyutu orta düzeyde tutulmuştur.Çalışmada kullanılan veri kümesi, dört sınıf için sırasıyla 67, 76, 53 ve 76 görüntüden oluşmaktadır. Tüm verilerin %80'i eğitim kümesi için ayrılmıştır ve geri kalan %20'si test kümesi için ayrılmıştır. Literatürdeki çalışmalar incelendiğinde lehimin yapışmasının kontrolü ile ilgili bir sınıflandırma modeli oluşturulmadığı tespit edilmiştir. Önerilen yeni DivNet ağ modeli ile görüntü işleme çalışmalarıyla belirlenemeyen yapışmama probleminin de saptanması sağlanabilmiştir. Literatürdeki mevcut yöntemlerle karşılaştırıldığında, bu çalışmada daha geniş ve çeşitliliği yüksek (farklı kart tasarımları, farklı kart takımları, farklı paket tipine sahip BGA malzemeleri ve farklı lehim tipleri) bir eğitim kümesi kullanılmıştır. BGA malzemelerin X-ışını görüntülerinin önerilen yöntemle sınıflandırılmasında %97'lik çok yüksek bir başarı oranı elde edilmiştir. Bu doğrultuda, çalışmada önerilen yöntem ile daha fazla sayıda sınıfın (farklı lehim bağlantı hatası türleri) daha yüksek sınıflandırma başarımı ile sınıflanabildiği sonucuna ulaşılmıştır. The rapid increase in technological innovations has led to an increase in the demands of electronic printed circuit board assembly (PCBA) that constitute the infrastructure of many electronic devices. Therefore, component densities on PCBA increased, which required less area occupying components. In this direction, the use of BGA (ball grid array) components with smaller package structure and many advantages such as high number of inputs/outputs and improved electrical performance is nowadays used in the printed circuit board (PCB) designs.After the BGA components are assembled to the PCB, visual inspection, flying probe test, X-ray imaging and dye penetration test methods are used in the control of the solder balls under the body of the components. With the visual inspection method, solder defects outside the edge zone of solder balls cannot be detected. In the flying probe test, it is necessary to take electrical measurements of each components in order to find the source of defect on the PCBA. This causes serious labor and cannot provide clear information about the root cause of the defect (the internal structure of the components or the production process).Nowadays, X-ray imaging of BGAs appears to be the most effective technique for controlling solder joints located under the body of components. In the X-ray imaging process of the BGAs, it is observed that the X-ray radiation is absorbed differently according to the density, thickness and number of atoms by moving the PCBA in the X-ray emission cone to control the components. As the thickness and density of the components increase, the absorbed X-ray will increase and dark areas will be formed. Therefore, the solder zones will be darker than other zones, such as PCB layers and component body. Thanks to this contrast difference, the solder connections of the BGA can be easily controlled. The most common method for this measurement using X-rays is based on the visual inspection of technical personnel by looking at the solder balls of the components from different angles. Due to the competence of the technical personnel, this audit cannot achieve a successful percentage in the detection of defects due to the fact that it is individual and not a repeatable system.In this study, literature search for automatic detection of solder defect has been carried out in order to prevent the subject dependant interpretation problems during solder control of BGA components. Therefore, it was observed that complex image processing techniques were used to classify X-ray images of BGA components, but high classification accuracy was not achieved. In recent years, deep classification methods have been shown to be very successful especially in classification problems.In deep learning, there is a structure based on the learning of multiple levels or representations of data. Top-level properties are derived from low level properties to form a hierarchical representation. This representation learns multiple levels of representation, corresponding to different levels of abstraction. Deep learning is mainly based on learning from the representation of data. A vector of density values per pixel, features of clusters, and custom shapes are considered as representation for an image. Some of these features represent data better. As an advantage at this stage, deep learning methods use efficient algorithms for hierarchical feature extraction that represent better data rather than handcrafted features.In this study, X-ray images of BGA components are divided into four classes according to the conditions of the solder connections: normal, short circuit, bonding defect and void defect. The data set used in the proposed study consists of 67, 76, 53 and 76 images for these classes, respectively. The data used in the study were taken from the Nordson DAGE XD7600NT Diamond X-ray machine. The voltage of the X-ray tube in the device is 110kV and the power value of the tube is set to be 6 Watt in order to provide sufficient contrast in the solder balls of the BGA component.The images of the BGA component created with 64 frame images were obtained from a total of 8 different PCB designs, 18 PCBA and 12 different BGA components. The use of different PCB designs has led to an increase in the diversity of the data set as it leads to differentiation of waterways, via holes, components mounted on the BDK and component placement within the PCB. In addition, PCBA produced with leaded and lead-free solder which were used in this study. Due to the fact that lead-free solder gives a more matte appearance and the difference in solder content and soldering profile, the percentage of void is higher than that of leaded solder, so differences in X-ray images are observed. For these reasons, the use of both solder types in the data set increased the data diversity.The void defect in the solder balls can be easily detected in the top view of the BGA taken at an angle 0o on the X-ray device. In this direction, only the images taken from the top are used in the dataset for the void defect. In the images taken at 0o angle of the solder balls, it is possible to mix the shadows of the components directly under the BGA body with the areas with short circuit fault. Therefore, in order to distinguish this short-circuit fault correctly, the images of the BGA at 45o and 225o angles were also transferred to the data set. Bonding of solder balls to pad areas as a result of collapse during soldering process cannot be detected in the images taken from the top view of the BGA. Images of the BGA at 45o and 225o angles were used in the data set to control the bonding of solder balls between the body of the BGA and the pad areas of the PCB.A new deep neural network (DNN) model which is called DivNet has been proposed to classify X-ray images of BGA components. In addition, when compared with the studies in the literature, the proposed study was able to classify BGA X-ray images without using complex image processing techniques.80% of all data is allocated for the training set and the remaining 20% is allocated for the test set. The analyzes were performed using Python code and Tensorflow library on Ubuntu Linux workstation. The workstation used in this study has a GeForce GTX2080 Ti Graphics card and a 32-core 2.7 GHz processor. Tensorflow's AdamOptimizer function is used in the feature extractor training. This function is a computationally efficient optimization algorithm that requires less memory.The size of the original BGA X-ray images used in the study was 305443743; however, all images have been reduced to 79010001 to reduce memory requirements during training and test. This also enables faster training and faster test results. In this study, no augmentation was applied to the data to increase the size of the data set. In addition, no extra preprocessing was applied to BGA X-ray images. Therefore, the images are transferred directly to the input of the proposed DNN.The recommended DNN model includes feature extractor layers and minimum distance classifier. Since the proposed network consists of fewer layers (four convolutional layers and one fully connected layer), determination of the hyper parameters of the network and training of the network are performed in a short time. The output of each convolutional layer includes maximum pooling and ReLU (Rectified Linear Unit) layers. The flattened layer contains 245063 nodes, and the fully connected layer consists of 16 nodes. Because there are four classes, the output layer of the DNN consists of four nodes. The size of the filters for each of the four convolutional layers is 1717 and the number of feature layers is 24 for each layer. There are four classes in this study, and the order of the Walsh matrix is sixteen. In this case, the pretrained network can be easily expanded to learn the distribution of twelve classes. In this study, the size of the feature space was kept at a moderate level in order to perform the training and test stages in a very short time.Walsh functions have been preferred in this study because of their following four major advantages. One of them is; because the Walsh functions are selected to be the class centers, these centers become apart from each other, which is an advantage that provides a better class discrimination in any feature space. The second advantage is the property that by increasing the rank of theWalsh matrix, the number of features can also be increased, which in turn leads to an improvement in the classification success rates. The third advantage is in the training strategy of the proposed network. In conventional deep neural network structures, feature formation and training of the classifier are both realized together within the same training phase which may initiate convergence problems. However in the proposed method, the feature extractor and classifier layers can be independently trained, hence, the features and classifier weights are determined individually (not simultaneously).In the proposed study, a KNN (K-Nearest Neighbors) like minimum distance classifier was used, which was only employed during the testing. Walsh parameters are represented in the nodes of this minimum distance layer. A fully connected network follows the convolutional layer. For the fully connected network, MLP (Multi-Layer Perceptron), SVM (Support Vector Machine) or SOM (Self-Organizing Map) neural networks can be preferred. Finally, the fourth advantage of using Walsh functions within the proposed method is its capacity of being expanded from a pretrained version in cases when the Walsh matrix's rank is greater than the number of classes. When the studies in the literature were examined, it was found that a classification model related to the detection of solder bonding defect was not established. With the proposed new DivNet network model, it is possible to detect bonding defect which cannot be determined by image processing studies. Compared to the existing methods in the literature, a larger and more diverse training set (different PCB designs, different PCBA, different BGA components and different solder types) was used in this study. A very high success rate of 97% was achieved for the classification of X-ray images of BGA components by the proposed method. In this direction, it was concluded that more number of classes (different solder connection defects) could be classified with higher success rates by using the proposed method. 85

Otomatik yüz tanıma (Automated Face Recognition) biyometri alanının önemli bir uygulamasıdır. Yüz tanıma algoritmaları kişilere ait yüz resimlerini kullanarak kişi kimlik saptama (Identification) veya teyit (Verification) işlemlerini gerçekleştirir. Kimlik saptama işlemi, yakalanan yüzün ait olduğu kişinin daha önceden oluşturulmuş bir listede aranarak kim olduğunun bulunmasıdır. Teyit işlemi ise kişinin gerçekten beyan ettiği kişi olup olmadığına dair karar verilmesidir. Bu teknoloji, makinelerin kişilerin tanınmasını gerektiren gündelik işleri devralmasını sağlayarak iş gücünden tasarruf ettirebilir. Ancak erişim kontrolü ve kimlik doğrulama gibi yüksek güvenlik gerektiren uygulamalarda otomatik yüz tanıma algoritmaları ortam koşullarına ve kandırmalara karşı dayanıklı olmalıdır.Bir yüz tanıma algoritmasının başarımı standart hale getirilmiş verisetleri üzerindeki yüz çakıştırma performansı ile ölçülür (Benchmarking.) Kabul gören temel başarım ölçüm kriteri, pek çok kişiyi içeren bir veriseti üzerinde algoritmanın kimlik tahmini üzerindeki ``gerçek pozitiflik oranı''nın (True-Positive Rate, TPR) ``yalancı pozitiflik oranı''na (False-Positive Rate, FPR) göreli değişim miktarıdır. Bu oranların benimsenme sebebi, algoritmanın kimlik kontrolü senaryosunda kullanılırken, onaylayacağı erişimlerin reddedeceği erişimlerden daha çok önem arz etmesidir. Yanlışlıkla reddedilen bir erişimin telafisi için her zaman yeni bir yüz tanıma isteği yapılabilecek iken, yanlışlıkla onaylanacak bir erişim güvenlik açığı oluştur. Bahsedilen oranların birbirlerine göreli değişimi birim grafik üzerinde gözlemlendiğinde eğri altında kalan alan (Area Under Curve, AUC) algoritmanın davranışı ve başarımı ile ilgili bilgi verir. Ayrıca bu eğriden farklı yalancı pozitiflik oranlarına karşı düşen gerçek pozitiflik oranları görülebildiğinden, tolere edilebilecek minimum yanlış onay değerindeki tanıma başarımı değeri edinilebilir.Bir veriseti üzerinde yüksek başarıma sahip olan bir algoritma, gerçek dünya uygulamasına adapte edildiğinde göstereceği başarım aynı olmayabilir. Verisetlerindeki imgelerin çeşitliliği ve kapsamı sınırlı olduğundan ve gerçek dünya uygulamalarında karşılaşılabilecek yüz imgelerinin tipleri önceden bilinmediğinden algoritmanın başarımında düşüş görülebilir. Veriseti başarım testleri ile gerçek başarım arasındaki farkı olabildiğince azaltmak adına ``vahşi ortam'' (In the Wild) verisetleri bir araya getirilmiştir. Bu verisetlerindeki yüz imgeleri olabildiğince çeşitli seçilir: yatay ve dikey eksenlerdeki poz açısı, aydınlatma, kimlik çeşitliliği, yüz ifadeleri vb. parametrelerin varyansı vahşi ortam verisetlerinde yüksektir. Bu çeşitliliğe rağmen, vahşi ortam verisetlerindeki imgeler yine de gerçek ortamlarda yakalanan yüz imgelerinden daha kaliteli olmaktadır. Gerçek ortamdaki bir algoritmanın tanıma başarısının ne kadar zarar gördüğü, sisteme sağlanan yüz imgelerinin kalitesi ile ters orantılı olacaktır. Resim kalitesini tanımlamanın zorluğu ise kalitenin nicel temelde ölçülmesini zorlaştırdığından, yüz imge kalitesi, otomatik yüz tanımanın önemli ve çözülmesi gereken bir problemi halini almıştır.Sayısal görüntüler temel çalışma prensipleri aynı olan DSLR kamera, web kamera, akıllı telefon kamerası, kapalı devre televizyon kamerası gibi çok çeşitli kaynaklardan elde edilebilir. Alınan görüntüler üzerinde oluşan bozucu etkilerin temel sebebi kameranın baktığı sahnenin koşullarıdır. Özellikle yüz tanıma sistemleri için, dengesiz aydınlatma, yakalanan yüz imgesinin tanımaya uygun boyutlara getirilmesi sırasında meydana gelen ara değer hesabı (Interpolation), sıkıştırma algoritmalarının kayıpları ve harekete bağlı bulanıklık; görüntüleme sırasında yüzler üzerinde gözlemlenebilecek istenmeyen bozulmalara örnektir. Bu etkenlerin bir arada görülmesi sonucunda yüz resimleri üzerindeki kimlik belirten bilgiler bozulmaya uğramaktadır. Bu etkilerin önüne geçmek ve yüz tanıma başarımının düşüşünü telafi etmek için ön işleme yöntemleri kullanılabilir. Burada kullanılabilecek örnek bir yöntem yüzlerin kalitesinin ölçülmesidir. Tanımaya elverişli olmayan yüzler bu sayede elenir, ancak bu yöntem yapılan yüz tanıma isteklerinin bir kısmına cevap verilmemesine sebep olur. İkinci bir yöntem ise yüz imgelerinin iyileştirmeye tabi tutulmasıdır. Uygun bir algoritma sisteme gelen her yüz üzerinde otomatik filtreleme ve düzeltme işlemleri yaparak yüzlerin daha tanınır hale getirilmesini sağlar. Bahsedilen iki yöntemin bir arada kullanılacağı bir ön işlem bileşeni tasarlanarak yüz imge kalitesine yönelik genel bir çözüm geliştirilebilir.Derin öğrenme alanındaki son gelişmeler Evrişimsel Sinir Ağlarının (Convolutional Neural Network, CNN), daha eski ve geleneksel yöntemlerin pek çok bilgisayarlı görü uygulaması üzerindeki başarımını geçtiğini göstermektedir. Bu uygulamalara örnek olarak obje sınıflandırma, obje konum bulma/algılama ve obje bazlı imge bölütleme gösterilebilir. Yüz tanıma da derin öğrenme camiasının ilgilendiği, cazip bir alan olarak karşımıza çıkmaktadır. Derin öğrenmenin bir probleme çözüm olabilmesindeki en büyük etken konu ile ilgili bol miktarda etiketlenmiş veri bulunmasıdır. Son dönemde küreselleşme ve haberleşme teknolojilerinin yaygınlaşması sayesinde verinin aktarımı ve depolanması kadar işlenmesi de önem arz eder hale gelmiştir. Özellikle kitle kaynak (Crowdsourcing) çalışmalar verinin temiz ve doğru bir şekilde etiketlenmesini mümkün kılmaktadır.Bu çalışmada, yüz imge kalite ölçümü ve kalite iyileştirme algoritmalarını içeren bir ön işlem bileşeni tasarlanmıştır. Her iki problemin çözümü için göreve özelleşmiş Evrişimsel Sinir Ağı modelleri önerilmiştir. İhtiyaç duyulan veri kritik önem arz ettiğinden, mevcut verisetleri üzerinde veri arttırma (Data augmentation) yöntemleri kullanılarak yüz resim kalitesine dair ihtiyaç duyulan resim tipleri ve ilişkin kategori etiketleri üretilmiştir. Veri arttırma yöntemleri normalde bir probleme yönelik sinir ağı çözümünün daha yüksek genelleştirme başarımı göstermesi amacıyla eldeki verinin varyasyonlarının üretilmesi ile sağlanır. Bu çalışma bünyesinde ise veri arttırma yöntemleri, mevcut olan veriden (kaliteli, tanınabilir resimler) ihtiyaç duyulan verinin kendisini (kalitesiz resimler) elde etmek için kullanılmıştır.Önerilen bileşenlerin başarımları, kalite ölçüm bileşeni için etiketli test verisi üzerindeki ortalama karesel fark hatası cinsinden raporlanmıştır. Kalite iyileştirme algoritmasının başarımının ölçümü için ise, seçilen bir yüz tanıma algoritmasının sentetik olarak bozulmuş bir test veriseti üzerindeki başarımı ile bozulan bu verisetinin iyileştirilmiş hali üzerindeki başarımı karşılaştırılmıştır. Ayrıca ikinci bir yüz tanıma algoritmasının aynı set üzerindeki davranışı gözlemlenmiştir. Her iki durumda da yüz tanıma başarımının eğri altında kalan alan cinsinden belirgin miktarda arttığı gösterilmiştir. Bileşenler daha sonra gerçek ortam performansının ölçülmesi adına hâlihazırda kurulu bir yüz tanıma sistemine entegre edilerek yüz çakıştırma skorları üzerindeki değişimler gözlemlenmiştir. Automatic face recognition is an important application of biometrics in which, algorithms perform person identification or verification tasks using facial images of individuals. This technology enables the automation of daily tasks those require identification of one or many persons. A face recognition algorithm's performance is measured by its face matching rate on a standardized dataset. The algorithm may perform well on a benchmark, though it can experience loss of performance in real-world applications, depending on the quality of provided face images.Digital images can be acquired from many different sources such as DSLR cameras, webcams, smartphones, CCTV footage etc. While main working principle remains same across these devices, scene conditions yield substantial distortive effects on images. Specifically for face recognition systems, unpoised illumination, image upsampling artifacts, compression errors, blurriness due to motion and sensor noise are some of the undesired visual effects that can be observed on captured faces. Combinations of these effects reduce the amount of identity information, resulting in false recognition cases. Preprocessing methods may be beneficial to compensate harmed operation of face recognition.Recent developments in deep learning suggest that Convolutional Neural Networks outperform traditional algorithms on many computer vision tasks, including object classification, object localization/detection and image segmentation. Face recognition is also an attractive field of study to deep learning community. Recent algorithms show promising results for robust face recognition, with the help of specialized hardware and abundant amount of labeled data.In this work, we propose two modules those perform quality assessment and image enhancement, to support face recognition algorithms. These modules are designed to be employed prior to face recognition, where quality assessment may help for rejection of unsuitable faces and enhancement may increase matching scores for true identities. We employ Convolutional Neural Networks with specialized architectures to perform quality score prediction (regression) and facial enhancement (image transformation). Data augmentation techniques are used in order to obtain desired data. We identify prominent factors that affect face image quality and model them with simple image processing operations, then apply this model on high quality faces to create synthetic low-quality face data. Trainings were performed with obtained high and low quality faces for each proposed module.Performance contributions of proposed algorithms are measured with standard benchmarks. We report increased recognition rate when our image enhancement module is employed prior to face recognition. We also show enhancement module's generalization capability by performing additional tests with different algorithms and on different datasets. 71

Dik olmayan çoklu erişim (non-orthogonal multiple access, NOMA) sistemlerinde kaynak tahsis (resource allocation, RA) problemi genelde iki aşamada ele alınmaktadır. Bu aşamalar sisteme uygun bir güç tahsis (power allocation, PA) ve kullanıcı eşleme (user pairing, UP) yönteminin belirlenmesidir.Bu tezde, literatürdeki kaynak tahsisi problemine çözüm olarak optimal adil kaynak tahsisi önerilmiştir (optimal fair resource allocation, OFRA). Bu yöntem ile belirli kısıtlar altında kullanıcılar arasındaki adaleti de sağlayarak dik çoklu erişime (orthogonal multiple access, OMA) üstünlük sağlamak amaçlanmaktadır. OFRA kaynak tahsisi problemini iki aşamada ele almaktadır. İlk aşamada hizmet kalitesi (quality of service, QoS) gereksinimleri dikkate alınarak kullanıcıların güç tahsis katsayıları belirlenir. İkinci aşamada ise sistemin toplam ulaşılabilir veri hızı O(K) karmaşıklıkla optimal hale getirilir. Bu tezde ilk olarak NOMA sisteminin genel yapısından ve NOMA çeşitlerinden bahsedilmiştir. Sonrasında NOMA sisteminde kaynak tahsisinin nasıl yapıldığı ele alınmıştır. Güç tahsisi aşaması için QoS gereksinimlerinin yerine getirilmesine yönelik olan çalışmalardan birisi incelenmiştir. Kullanıcı eşleme aşaması için kullanıcılar arasındaki kanal kazanç farklarından yararlanan algoritmalar incelenmiştir. Kanal kazanç farklarından yararlanarak kullanıcı eşlemesi yapılan NOMA sisteminin performansı benzetim ile verilmiştir. Bir sonraki bölümde önerilen OFRA yönteminin sistem modeli verilmiştir. Tek bir kaynak bloğunda üç ya da daha fazla kullanıcı bulunması durumunda kaynak tahsisinin nasıl yapılacağı anlatılmıştır. Öncelikle güç tahsisi yapılırken QoS gereksinimleri dikkate alınarak sistemin ulaşılabilir veri hızının maksimize edilebilmesi için gerekli şartlar verilmiş ve gerekli güç tahsis katsayıları hesaplanmıştır. Sonrasında ise optimal kullanıcı eşlemesini sağlamak için yeni bir algoritma önerilmiştir. Bu adımlar öncelikle 3-kullanıcılı ve 4-kullanıcılı durumlar için gerçekleştirilmiş olup sonrasında M-kullanıcılı durum için genelleştirilmiştir. Böylelikle kaynak tahsisi problemine genelleştirilmiş bir çözüm sunulmuştur. Bu çözümün performansı 2-kullanıcılı, 3-kullanıcılı ve 4-kullanıcılı durumlar için benzetim yoluyla elde edilmiştir. Kaynak blok sayısının kullanıcı sayısına göre sınırlı olduğu durumlarda bir kaynak bloğundaki eşlenen kullanıcı sayısı arttıkça sistemin toplam ulaşılabilir veri hızı artmaktadır. Kaynak blok sayısının yeterli olduğu durumlarda ise tek bir kaynak bloğunda eşlenen kullanıcı sayısı arttıkça sistemin toplam ulaşılabilir veri hızı düşmektedir. Yapılan benzetimlerde önerilen yöntem beklendiği gibi her koşulda OMA'ya üstün gelmiştir. Ayrıca 3-kullanıcılı ve 4-kullanıcılı durumlar için kullanıcı eşleme algoritması öneren bir çalışmayla karşılaştırılıp daha iyi bir performans elde edilmiştir. In non-orthogonal multiple access (NOMA) systems, the problem of resource allocation (RA) is generally addressed in two stages. These steps are determining a proper power allocation (PA) and user pairing (UP) method for the system.In this thesis, optimal fair resource allocation (OFRA) has been proposed as the solution to the resource allocation problem in the literature. This method aims to provide superiority to orthogonal multiple access (OMA) by providing fairness among users under certain constraints. OFRA addresses the problem of resource allocation in two stages. In the first stage, the power allocation coefficients of the users are determined by considering the quality of service (QoS) requirements. In the second stage, the total achievable data rate of the system is optimized by O(K) complexity. In this thesis, firstly the general structure of NOMA system and methods are mentioned. Then, the resource allocation in the NOMA system is discussed. One of the studies aimed at fulfilling the QoS requirements for the power allocation phase is examined. Algorithms that benefit from channel gain differences between users for user pairing phase are investigated. The performance of the NOMA system with paired users based on channel gain differences is given by simulations. In the following section, the system model of the proposed OFRA method is given. In case of three or more users in a single resource block, resource allocation is derived. Firstly, the necessary power allocation coefficients are calculated to maximize the system's achievable data rate by taking into account the QoS requirements during power allocation. A new algorithm is then proposed to ensure optimal user pairing. These steps are performed primarily for 3-user and 4-user cases, and then generalized for the M-user case. Thus, a generalized solution to the resource allocation problem is presented. The performance of this solution is achieved by simulation for 2-user, 3-user and 4-user situations. In cases where the number of resource blocks is limited, as the number of users in a single resource block increases, the total available data rate of the system increases. On the other hand, in cases where the number of resource blocks is sufficient, as the number of users in a single resource block increases, the total available data rate of the system decreases. In the simulations, the proposed method is superior to OMA in all circumstances as expected. In addition, proposed method is compared another study that also proposes a user pairing algorithm for 2-user, 3-user and 4-user situations, and better performance is achieved. 88

Sinyal tespiti ve sinyallerin türünün belirlenmesi çeşitli disiplinler altında yaygın olarak ele alınan önemli bir konudur. Haberleşme sistemlerinde, bu konu sistemlerin güvenliğinin sağlanması veya performansının iyileştirilmesi amacıyla incelenmektedir.Literatürde ki çalışmalar incelendiğinde önerilen şema ve yöntemlerin çoğunlukla sinyalin istatiksel özelliklerine dayandırıldığı görülmektedir. Bu durum sinyalin türü ve istatiksel özellikleri ile ilgili varsayımlar yapma ihtiyacını doğurmaktadır ve sistemlerin değişen çevre koşullarına uyumlu olmasını güçleştirmektedir. İlaveten, önerilen çözümler amaçlanan sistemler üzerinde yüksek başarım göstersede başka sistemlerde uygulanabilirliği düşüktür.Haberleşme sistemlerinde çevre koşulları hızla değişmektedir. Bu değişimi kimi zaman kasıtlı kimi zaman kasıtsız saldırılar sebebiyle oluşmaktadır. Yazılım tabanlı radyoların yaygınlaşması kasıtlı saldıraların artmasına neden olduğu gibi bu saldırıların çeşitlilik kazanmasına ve tespitinin zorlaşmasına sebep olmuştur. Bu durum problemlere mutlak çözüm önerileri sunmayı güçleştirmekte ve esnek çözüm şemalarını gerektirmektedir. Son yıllarda yüksek başarım sağlaması sebebiyle yapay zeka teknikleri pek çok disipline uyarlanmaktadır. Yapay zeka tekniklerinin literatürde bu kadar geniş yer tutmasının bir sebebide değişen koşullara karşı yeni çözümler sunmasıdır. Bu tez çalışmasında, iletişim sistemlerinde sıklıkla karşılaşılan işaret tespit problemlerinin çözümüne yönelik makine öğrenmesi algoritmaları, özellikle derin öğrenme metotları araştırılmıştır. Bu kapsamda, iletişim sistemlerinin güvenliğini tehdit eden farklı sinyal bozucu saldırılarının tespiti ve türünün belirlenmesi için derin öğrenme tabanlı yapay sinir ağı mimarilerinin kullanımı önerilmiştir. Çalışmanın ilk aşamasında, 4.nesil uzun vadeli evrim sistemlerine yönelik farklı işaret bozucu saldırıları göz önünde bulundurulmuştur. Literatürde baraj bozucu olarak yer alan, yaygın işaret bozucu türünün ve güvenli iletişimin olduğu durumlar değerlendirilmiştir. Akıllı işaret bozucular olarak da adlandırılan, uzun vadeli evrim teknolojisinin işaret çerçevesindeki referans veya senkronizasyon sembollerine saldıran dar bantlı bozucular dahil edilerek veri seti genişletilmiştir. Farklı saldırılar altında alınan kompleks işaret verilerinin taşıdıklıkları karakteristik özellikleri ortaya çıkartmak maksadıyla önerilen şemanın ön işleme bloğunda Choi-Williams, kısa zamanlı Fourier ve Gabor dalgacık zaman-frekans dönüşüm yöntemleri uygulanmıştır. Bu sayede atak işaretleri zaman ve frekans eksenlerinde gösterilmiştir. Her iki domaine ilişkin özellikler ve bu özellikler arasındaki komşuluk ilişkileri ortaya çıkarılmıştır. Zaman-frekans dönüşümleri ile işlenen verilerin tespiti ve ayırt edilmesi amacı ile 'derin evrişimsel sinir ağları' ve 'destek vektör makinesi' öğrenme metotları kullanılmıştır. Destek vektör makinesi yönteminin kendiliğinden özellik çıkarma yetisi olmadığı için sınıflandırma işleminden önce 'temel bileşen analizi' ile özellik çıkarımı yapılmıştır. Derin öğrenme metotlarına dayalı sınıflandırıcının performansı, temel bileşen analizi ve destek vektör makineleri kullanılarak oluşturulan sınıflandırıcı ile karşılaştırılmıştır. Derin evrişimsel sinir ağı sınıflandırıcısı geleneksel metotlarla oluşturulan sınıflandırıcıya nazaran üstün başarım göstermiştir. Ayrıca çalışma kapsamında dalgacık dönüşümlerinin atak işaretlerinin karekteristik özelliklerini diğer yöntemlere kıyasla daha iyi yansıttığı ve bu metotla oluşturulan veri setinde her iki sınıflandırıcının da atak işaretlerinin türlerini yüksek başarı ile belirlediği gözlenmiştir.Çalışmanın ikinci aşamasında, atak işaret türünün yanı sıra atak işaretinin varlığının da tespiti göz önünde bulundurularak amaçlanan sistem genişletilmiştir. İlaveten, derin öğrenme metotlarının gerçek zamanlı saldırı işaretlerine ilişkin veriler üzerindeki başarısı araştırılmıştır.Bu kapsamda, geniş ve dar bantlı işaret bozucular yazılım tabanlı radyolar üzerinde gerçeklenmiştir. İletimin ve farklı türde ki işaret bozucuların, olduğu ve olmadığı durumlar ayrı ayrı göz önünde bulundurularak 6 farklı veri sınıfı oluşturulmuştur. Veri seti işaret bozucunun alıcı ve vericiye olan uzaklığı, vericinin ve işaret bozucunun iletim gücü göz önünde bulundurularak genişletilmiştir. İşaret verileri kompleks Gauss dalgacık ve kısa zamanlı frekans dönüşümleri ile zaman-frekans domainine taşınmış, işaret verilerine frekans domaninde farklı pencere genişlikleri ile bakılarak ataklara özgün nitelikler çıkarılmıştır. Sınıflandırıcı olarak derin evrişimsel ve derin yinelemeli sinir ağları tercih edilmiş, her iki yöntemin başarısı karşılaştırılmıştır. Çalışma sonucunda derin evrişimsel sinir ağı mimarisi daha yüksek performans göstermiştir.Tez kapsamında gerçekleştirilen çalışmalarda, ilk olarak farklı işaret bozuculara ilişkin işaret türlerinin tespiti için yapay sinir ağları metotları ve zaman-frekans dönüşüm yöntemlerine dayanan bir yaklaşım önerilmiştir. Sunulan yöntem simülasyonlar ile ile oluşturulan veri setlerinde yüksek başarım göstermiştir. Bir sonraki çalışmada önerilen derin evrişimsel sinir ağı mimarisinin, iletişim sistemlerine yönelik saldırıların türünün yanı sıra bu sinyallerin varlığının tespitine yönelik olarak da kullanılabileceği araştırılmıştır. İlaveten, bu çalışmada yazılım tabanlı radyolar ile oluşturulan bozucu işaretleri kullanılarak sistemin gerçek zamanlı sistemlere uygunluğu gösterilmiştir. Yapılan çalışmalar sonucunda, tasarlanan derin evrişimsel sinir ağı mimarisinin işaret bozucu tespitinde üstün performans gösterdiği deney ve benzetim ortamında gözlenmiştir.Bu tez çalışmasının ilk bölümünde, sinyal tespit ve tanımlama problemi tanıtılmış ve problemin araştırılmasındaki motivasyonlardan söz edilmiştir. Ardından literatürdeki çalışmalar detaylı olarak ele alınmış, çalışmaların avantaj ve dezavantajları vurgulanmıştır. Son olarak tez çalışmasının literatüre katkıları açıklanmıştır.İkinci bölümde, evrişimsel sinir ağları tanıtılmıştır. Evrişimsel sinir ağlarının temel fonksiyonları ve katmanları hakkında kapsamlı bilgi verilmiştir. Bunu takiben, evrişimsel sinir ağlarının eğitiminde kullanılmakta olan geri yayılım algoritması, tez çalışmasında başvurulan optimizasyon ve regülasyon tekniklerinden etraflıca bahsedilmiştir.Üçüncü bölümde, uzun vadeli evrim sistemlerine farklı tip karıştırıcılar tarafından yapılecek saldırılar ele alınmıştır. İlk olarak uzun vadeli evrim sistemlerinin avantaj ve dezavantajlarından bahsedilip, 4.nesil haberleşme sistemlerinin çerçeve yapısı hakkında bilgi verilmiştir. Ayrıca konu edilen saldırı tipleri ve bu saldırıların temel ilkeleri tanıtılmıştır. Ardından sinyallerin taşıdığı karakteristik özellikleri ortaya çıkarmak amacıyla kullanılan farklı ön işleme metotları açıklannmıştır. Sinyallerin sınıflandırılması ve sistemin değişen çevre koşullarına göre daha dinamik yapıda olması istenerak iki makine öğrenmesi yaklaşımına başvurulmuştur. Bunlar derin evrişisel sinir ağı ve destek vektör makineleri yaklaşımdır. Her iki makine öğrenmesi yönteminin çalışma prensiplerine ilişkin gerekli bilgiler verilmiştir. Özetle, tez çalışmasının bu bölümünde, verici ve alıcı arasında iletimin olduğu durumda karıştırıcı sinyallerinin varlığının ve türünün tespiti amaçlanıp, önerilen şemaya uygun tekniklerinin bulunması için çeitli metotlar incelenmiştir. Amaçlanan sistemin simülasyon ortamında gerçekleştirilmesine yönelik detaylı bilgilendirme yapılmıştır. Ardından elde edilen sonuçlar kapsamlı olarak yorumlanıp bölüm sonlandırılmıştır. Tez çalışmasının dördüncü bölümünde, dik frekans bölmeli çoğullama tekniğinin kullanıldığı bir haberleşme sistemine yapılan saldırı tipleri incelenmiştir. Haberleşme sistemi ve karıştırıcı sistemleri, yazılım tabanlı radyolar kullanılarak gerçek zamanlı ortamda gerçeklenmiştir. Alıcı, veric ve karıştırıcı arasında ki farklı uzaklıklar ve farkli sinyal-gürültü oranları için önerilen şemaların başarımı analiz edilmiştir. Bir önceki bölümde detaylı olarak açıklanmakta olan çalışmadan farklı olarak, bu çalışmada verici ile alıcı arasındaki iletimin varlığı da araştırılmıştır. İlaveten, farklı bir dalgacık dönüşümü yönteminin ve makine öğrenmesi metodunun başarımı araştırılmıştır. Evrişimsel sinir ağları bir başka gelişmiş derin öğrenme yöntemi olan tekrarlayan sinir ağları ile performans bakımından karşılaştırılmıştır. Çalışmada başvurulan tüm yöntemler ve bu yöntemlerin uygulanmasına ilişkin detaylı bilgiler verilmiştir. Son olarak önerilen sistem üzerinden elde edilen sonuçlar paylaşılmııştır. Sonuçlar göstermiştir ki gerçek zamanlı sistemler üzerinden alde edilen sinyallerin tespiti ve ayırt edilmesi hususnda dalgacık dönüşümü yöntemi derin evrişimsel ssinir ağı mimarisi daha başarılıdır.Sonuç bölümünde, tez kapsamında ele alınan probleme ilişkin önerilen şema ve yöntemler kısaca açıklanmıştır. Bu yöntemlerin uygunluğu ve biarada kullanımına ilişkin genel bir değerlendirme yapılmıştır. In this thesis, machine learning algorithms, especially deep learning methods, is aimed for the solution of the signal detection and identification problems encountered frequently in communication systems. In this context, the detection and identification of attack signals were investigated to provide maintenance of secure communication systems.In the first phase of the study, wide and narrow band jamming attacks are considered against to Long Term Evolution (LTE) systems. As a wide band jamming attack, Barrage jamming (BJ) signals which attack to whole band are generated. It is prevalent and optimal attack type. As a narrow band jamming attack, two different attack types are built: synchronization signal jamming (SSJ) and reference signal jamming (RSJ). They jam reference or synchronization symbols in the transmitted LTE frame by consuming low power so they are called as smart jammers. The dataset is expanded by including the case for the absence of attacks.Choi-Williams, short time Fourier and Gabor wavelet time-frequency transform methods are applied to reveal the characteristic pattern of the different jamming signals. The attack signals are shown in the time-frequency domain. In this way, the new neighboring relations are caught between time and frequency components of signals. Deep convolutional neural networks (DCNN) are used to identify pre-processed jamming signals. The performance of the classifier based on deep learning methods is compared with the support vector machines (SVM) classifier which is training the features are extracted with principal component analysis.DCNN classifier shows superior performance compared to the conventional methods based classifier. Also within the scope of the study, Gabor wavelet transform remarkably indicates characteristics of attack signals compared to other time-frequency transformations. According to obtained results, presented two classifiers determine the types of attack signals with high success rates when jamming signals are pre-processed with wavelet transform.In the second phase of the study, the previous study is enlarged by considering different attack types, the presence of jammer and transmission. Also, the success of deep learning methods on real-time signal data is investigated. In this context, wide and narrow band jammers are implemented on software defined radios. Each data set has 6 different classes which are built by considering presence/absence of the signal transmission with/without the existence of the two types jamming signals. The data sets are extended for different position of the attacker and transmitter. The complex jamming signals are transferred to the time-frequency domain with complex Gaussian wavelet and short-time frequency transformations. As a result of the pre-processing, the signal data are examined with different window widths in the frequency domain and the characteristics of the attacks are extracted. DCNN has shown exceptionally better performance than the other shallow learning methods on simulation data set. Therefore, in this study, DCNN and deep recurrent neural networks (DRNN) are compared in terms of classification performance of signals. All models regarding these artificial neural network (ANN) architectures are trained using the data set which are gathered using software defined radios (SDRs). Models are optimized using different techniques and their parameters are tuned. As result of the study, the DCNN architecture shows higher performance than DRNN.In this thesis, firstly, a detection scheme based on deep learning methods and time-frequency transformation for the detection and identification of jamming signals is proposed. The proposed deep convolutional neural network architecture is convenient to determine the type and existence of the jammer attacks on communication systems. It is shown using simulation and real-time signal dataset. 103

Haberleşmede alıcı devrelerinin kullanılmasından günümüze kadar geçen sürede birçok gelişme yaşanmıştır. Artık daha gelişmiş özelliklere sahip yeni teknolojiler kullanılmaktadır. Haberleşmede kullanılan dar bant RF alıcısı için sıfır, düşük ve yüksek IF olmak üzere üç çeşit alıcı tekniği bulunmaktadır. Yüksek IF alıcıları süperheterodin yöntemi olarak bilinmektedir. Süperheterodin alıcıları yüksek frekanslı işaretleri, iki adet karıştırıcı kullanarak daha uygun ortam sağlamak için sıfır IF frekanslı işaretlere dönüştürmektedir. Düşük IF alıcıları ise heterodin alıcıları olarak bilinmektedir. Heterodin alıcılarında bir tane karıştırıcı kullanılmaktadır ve RF işaretini sıfır IF işaretine dönüştürmektedir. Bir diğer çok kullanılan yöntem ise doğrudan dönüşüm alıcısı (DDA) genellikle sıfır IF olarak bilinmektedir. DDA, RF işaretini direk olarak sıfır IF işaretine çevirmektedir. Bundan dolayı yüksek frekansı sıfır IF frekansına çevirmek için herhangi bir karıştırıcıya ihtiyaç duyulmamaktadır. Çünkü RF işaretin frekansı işe yerel osilatörde üretilen işaretin frekansı birbirine eşit olmaktadır. DDA'nın sahip olduğu bazı olumsuz özelliklerden dolayı süperheterodin tekniği son yıllara kadar hep daha çok tercih edilmiştir. Fakat son zamanlarda haberleşme teknolojisinde yaşanan gelişmelerden dolayı doğrudan dönüşüm alıcı yöntemi, daha çok kullanılmaya başlanmasına neden olmuştur. Basit bir mimariye sahip olması ve geniş frekans aralığı sunması tercih edilmelerinin başlıca sebeplerindendir. Ancak sıfır IF alıcılarında iyi bir performans elde etmek için hala zorluklar bulunmaktadır. Bu zorluklardan bazıları DC ofset gerilimi ve kırpışma gürültüsüdür. Düşük IF alıcıları ise sıfır IF ve yüksek IF alıcıları arasında çalışmaktadır. Bu tür alıcılar, sıfır IF alıcılarının özelliklerini gösterirler fakat orta frekanslarda çalışırlar. Bu alıcılarda ise işareti doğru elde etmek için bazı filtreleme işlemleri uygulanmaktadır. Filtreler, frekansları farklı değerlerde olan işaretlerin istenilen aralıklarda geçmesini, istenmeyen aralıklarda durdurulmasını sağlayan devrelerdir. Bu sayede filtrelerde parazit ya da harmonik gibi istenmeyen etkiler ortadan kaldırılmış olmaktadır. Filtreler yapılarına ya da çalışmalarına göre çeşitli sınıfları bulunmaktadır. Bu çalışmada MOSFET-C ailesine ait 2. dereceden filtreler üzerinde çalışılmıştır. Bu filtrelerin benzetimleri ve analitik hesaplamaları yapılarak çalışma ve gürültü karakteristikleri hakkında bilgiler elde edilmiştir. Bu filtrelerin DC kutuplamaları yapılırken tranzistorlerin kaynak uçları gövde uçlarına bağlanmıştır ve bütün tranzistorler doyumda çalıştırılmaktadır. Filtrelerin transfer fonksiyonlarının bulunmasından sonra doğal frekans ve değer katsayısı fonksiyonları elde edilmiştir. Yalnızca C filtresinin doğal frekansı ve değer katsayısı fonksiyonları diğer dört devrenin fonksiyonlarından farklıdır. Ayrıca önerilen bu devrelerde negatif direnç (ND) kullanılmıştır. ND'ler son zamanlarda dijital ve analog uygulamalarda, mantık devrelerinde, frekans çarpıcı ve bölücülerinde ve gerilim kontrollü osilatörler olmak üzere birçok devrede kullanılmaktadırlar. Özel akım-gerilim eğrisine, yüksek hız ve düşük güç özelliklerine sahip olması tercih edilme nedenlerindendir. Filtrelerin çalışmasını etkileyen ideal olmayan bazı etmenler bulunmaktadır. Parazitik kapasiteler ve tranzistorun iç direnci bu etkilerden bazılarıdır. Parazitik Cgs kapasitesinin değeri diğer parazitik kapasite değerlerinden çok büyük olduğu için bu kapasiteler ihmal edilip, yalnız Cgs kapasitesi dikkate alınmıştır. Bu şekilde bulunan transfer fonksiyonları incelendiğinde, parazitik etkilerin, filtrenin derecesini artırdığı görülmüştür. Bunlar parazitik kapasitelerin devreye yaptığı etkinin transfer fonksiyonundaki matematiksel ifadesidir. Fakat belirtilen parazitik kapasitelerin değerleri çok küçük olduğu için filtrenin sonucunu değiştirecek kadar etki etmemektedir. Filtre başarımını incelerken dikkate alınması gereken bir diğer etmen de, yarıiletken elemanlar ve dirençlerden kaynaklanan elektriksel gürültüdür. Filtrelerin elektriksel gürültüden kaynaklanan transfer fonksiyonları analitik hesaplamalar ve benzetim programları ile elde edilmiştir. Günümüzde kullanılan uygulamalarda ideale yakın sonuçlar elde etmek için genellikle yüksek dereceli filtreler tercih edilmektedir. Bu yüzden 1. ve 2. dereceden filtreler kullanılarak yüksek dereceli filtreler tasarlanmaktadır. Bu çalışmada iki adet 2. dereceden filtre kaskat bağlanarak 4. dereceden bir Chebyshev filtresi elde edilmiştir. Üzerinde çalışılan filtrelerden bir tanesi kullanılarak, 4. dereceden elde edilen Chebyshev filtresi sonuçları benzetim programında elde edilmeye çalışılmıştır.Filtrelerin benzetim ve teorik sonuçları 90 nm işlem parametrelerinde Cadence ve Matlab programları kullanılarak elde edilmiştir. Filtrelerde bulunan kapasiteler aynı değerde kullanılmışlardır ve tranzistorlerin gm geçiş iletkenliği değerleri akımlar üzerinde yapılan değişiklikler ile ayarlanmıştır. Üzerinde çalışılan bütün filtrelerin küçük işaret ve gürültü analiz sonuçları elde edilmiştir. Benzetim programında filtrelerin AC analizleri yapılarak AC genlik sonuçları bulunmuştur. İdeal sonuçlar daha sonra bu filtreler için bulunmuştur ve birbirleriyle ne kadar uyumlu olduklarını göstermek için AC genlik sonuçlarıyla karşılaştırılmıştır.Gürültü analizlerinden elde edilen gürültü işaretlerinin benzetim sonuçları ile analitik hesaplama sonuçları gösterilmiştir. Gösterilen sonuçların birbiriyle uyumlu olup olmadığı kontrol edilmiştir. Sonuç olarak önerilen devrelerin küçük işaret ve gürültü analizleri değerlendirildiğinde filtrelerin hepsinin bant geçiren filtre özelliği gösterdiği belirlenmiştir. Önerilen filtrelerin bazılarının gürültü sayılarının merkez frekansına kadar azaldığı ve sonra bir miktar daha azalarak tekdüze devam ettiği tespit edilmiştir. Diğer filtrelerin gürültü sayıları ise daha önceden azalmaya başladığı ve bir süre sonra tekdüze olarak devam ettiği gözlenmiştir. Sadece bir filtrenin gürültü sayısı, filtrenin AC genliği artarken azalmaktadır. Yani filtre, merkez frekansında düşük gürültü sayısına sahip olmaktadır. Filtrelerin benzetim sonuçları ve analitik hesaplama sonuçlarının karşılaştırılarak elde edilen veriler gösterilmiştir. Önerilen filtrelerden bir tanesi için fazladan bir kaç analiz daha yapılmıştır. Bunlar geçici hal, toplam harmonik bozulma ve geri beslemenin kararlılık analizleridir. Filtrenin girişine farklı büyüklükte gerilimler uygulayarak geçici hal analizi yapılmıştır. Geçici hal analizinden elde edilen işaretler için toplam harmonik bozulma analizi yapılarak işaretlerin bozulma oranları bulunmuştur. Daha sonra bu filtrenin geri beslemesi için AC analiz yapılarak bu geri besleme filtresinin hangi özelliklere sahip olduğu gösterilmiştir. Sonuç olarak, önerilen filtreler için AC, gürültü, geçici, toplam harmonik bozulma analizleri uygulanarak incelenmiştir ve tüm analizlerin sonuçları sunulmuştur. Bu filtrelerden birinin, diğer filtrelere göre daha iyi performans sağladığı ve düşük gürültü oranına sahip olduğu gösterilmiştir. There have been many developments in the communication systems from past to present. New Technologies, which has more advanced features, are being used currently in variety field. RF receivers are also one of the areas that show development. For the narrow band RF receiver used in communication, there are three types of receiver techniques: zero, low and high IF. The high IF receiver is known as a superheterodyne method that converts the high-frequency signal into zero IF frequency signal to provide a more favorable environment. However, they offer high performance and have limitations in terms of power consumption and high cost. The low IF receiver is known as a heterodyne method that convers the low IF frequency signal into zero IF frequency signal. Another commonly used method is that the direct conversion receiver (DCR) is generally known as zero IF. DCR is a method that directly converts RF frequency signal into zero IF frequency signal. Because DCR and RF has same frequency values. Due to some negative features of DCR, superheterodyne technique has always been preferred until recent years. However, due to the developments in communication technology in recent years, direct conversion has started to be used more frequently. The main reasons why they are preferred are simple architecture and wide frequency range. However, there are still difficulties to achieve good performance from zero IF receivers. Some of these challenges include DC offset voltage and flicker noise. LowIF receivers operate between zero IF receivers and high IF receivers. They display the characteristics of zero IF receivers, but they operate at medium frequencies. In these receivers, some filtering processes are applied to obtain the signal correctly.Filters are circuits that provide the signals with different values to pass in the desired frequency range and stop them at an unwanted frequency range. This eliminates unwanted effects such as interference or harmonics in the filters. There are various filters classes according to their structure or work. In this study, the 2nd order of MOSFET-C family filters were studied. By using these circuits, simulations and analytical calculations were made and obtained their working and noise characteristic. When the biasing of these filters are made, the source points are connected to the body points and all the transistors in the filters are working in saturation region. After obtaining the transfer functions of the filters, the functions of natural frequencies and quality factor were obtained. Only the functions of the natural frequency and the value of the C filter differ from those of the other four circuits. In addition, negative resistance (NR) was used in these proposed circuits. NRs have recently been used in digital and analogue applications, logic circuits, frequency multipliers and dividers, and voltage controlled oscillators. It is preferred because to have special current-voltage curve, high speed and low power characteristics. Furthermore, there are some non-ideal factors affecting the operation of the filter. The parasitic capacitances and the internal resistance of the transistor are some of these effects. Since the capacitance, Cgs is too large from other parasitic capacitances due to working on the saturation region. That's why other capacitances are ignored and only the capacitance Cgs is taken into consideration.When the transfer functions found in this way were examined, it was seen that the parasitic effects increased the degree of the filter. These are the mathematical expression of the effect of the parasitic capacitances on the circuit in the transfer function. However, since the parasitic capacitances have very small values, they do not affect the result of the filter.Another factor to consider when examining filter performance is the electrical noise caused by semiconductor elements and resistors. The transfer functions of the filters, resulting from electrical noise were obtained by analytical calculations and simulation programs.High-order filters are generally preferred in today's applications. Therefore, they are designed by using filters of 1st and 2nd degree. In this study, Two filters that are 2nd order were cascaded each other and then 4th order Chebyshev band pass filter was obtained. The theoretical calculations and the simulation results of the Chebyshev filter are shown. AC amplitude results were obtained by performing the AC analysis of the filters in the simulation program. The ideal results were then found for these filters and compared with the AC amplitude results to show how compatible they are with each other.The simulation and analytical calculations of results of the filters were obtained in the process parameters of 90 nm by using Cadence Virtuoso and Matlab. Capacitances were used with the same value and transconductance values of the transistors were adjusted with the changes made on the currents. Small signal and noise analysis results were obtained for all filters studied. AC amplitude results were obtained by performing the AC analysis of the filters in the simulation program. The ideal results were calculated for these filters and then compared with the AC amplitude results to show how compatible they are with each other.Simulation results of the noise signals obtained from noise analysis and analytical calculation results are shown. The results of analysis were checked for compatibility. As a result, when the small signals and noise analyzes of the proposed circuits are evaluated, it is determined that all of the filters have band pass filter characteristics. It has been determined that some of the proposed filters have reduced the noise figure to the center frequency and then continued uniformly by decreasing some more. It was observed that the noise figure of the other filters started to decrease before and continued after a period of time in a uniform manner. Only the noise figure of a filter decreases as the small signal amplitude increases. The noise figure of only one filter decreases as the AC amplitude of the filter increases. That is, the filter has a low noise number at the center frequency. Furthermore, a few additional analyzes were performed for one of the proposed filters. These are transient, total harmonic distortion and the stability of feedback analysis. Transient analysis was performed by applying different magnitudes of voltages to the input of the filter. For the signals obtained from the transient analysis, total harmonic distortion analysis was performed to determine the distortion rates of the signals. Then the AC analysis of the feedback of this filter was performed to show which properties the filter possesses. The data obtained by comparing the simulation results and analytical calculation results of the filters are shown.In conclusion, the proposed filters are examined by using AC, noise, transient, total harmonic distortion analysis and the results of all analysis are presented. It is shown that one of these filters has a better performance and low noise figure according to the other filters. 79

Dünya da en yaygın ve ölümle sonuçlanabilir hastalıklar arasında yer alan pnömoni hastalığı, Türkiye'de de ölümle sonuçlanan hastalıklar arasında üst sıralarda yer almaktadır. Erken teşhis ölüm oranını azaltmadaki öncelikli etkendir.Teşhis de en büyük yardımcı yöntem ise görüntüleme teknikleridir. Bu hastalığın teşhisinde en sık kullanılan yöntem ise görüntüleme tekniği olan röntgenlerdir. Akciğer röntgeni ile hastalık tek başına çok büyük oranda tespit edilebilmektedir. Pnömoni ile benzer hastalıklar benzer desenler oluşturduğundan frontal yani önden çekilmiş görüntü, tanı ve tedavide tek başına yeterli olmayabilir. Lateral denilen yan taraftan çekilmiş görüntüler de gerekebilir. Teşhiste doğruluk ve hızın artmasına katkıda bulunmak için birçok mühendislik uygulamalarına başvurulmaktadır. Bu uygulamalardan biri de makine öğrenmesi ile hastalık teşhis etmektir. Dünya da en popüler olan alanlardan biri veri bilimi ve makine öğrenmesi algoritmalarıdır. Medikal alanda bu konuya çok fazla ilgi gösterilmektedir. Gelişmiş ülkelerde makine öğrenmesi destekli hastaneler oluşturulmaktadır, var olan hastanelerin alt yapısı ise buna uygun hale dönüştürülmektedir. Bu alana bu kadar yatırım yapılmasının başlıca nedenleri şunlardır; •Makine öğrenmesi destekli hastaneler ile hastanın, şikayet ve belirtileri göz önünde bulundurularak, görüntüleme yöntemleri ve tahliller ile hastanın öncelik durumunu belirleme,• Doğru ve hızlı aksiyon alınarak doktorların üzerindeki yükü azaltma,•Yeterli hastane ve doktorun olmadığı bölgelerde, merkezi bir görüntüleme ve laboratuvarın olması, buraya gelen hastaların gerekli bilgilerinin alındıktan sonra verilerin makine öğrenmesi algoritmalarından geçirilip, kişinin hasta olup olmadığının tespitinin yapılması,•Hastada görülen belirtilere göre kullanabileceği ilaçların verilmesi,•Tespit edilen hastalık için ilgili alana ve uzmana yönlendirilmesi,•Veride yeterli kalite sağlandığında hastalıkların segmentasyonu ve detaylı analizlerinin yapılabilmesi.Hedeflenen bu modern hastanelerin alt yapısının sağlanabilmesi öncelikli olarak geçmiş verilerin etiketlenmesi ve depolanmasına bağlıdır. Bu çalışmanın öncülerinden olan The NIH Clinical Center akciğer röntgenlerini etiketlemiş ve hasta kimliğini koruyarak bu verilerin işlenebilmesi için veriler herkese açık hale getirmiştir. Klinik düzenli olarak sağladığı etiketli verilerin sayısını ve çeşidini artırmaktadır.Bu tez çalışmasında derin öğrenme metodu kullanılarak röntgen görüntülerinden pnömoni hastalığını teşhis etmek için, kliniğin sağladığı veriler kullanılarak bir sınıflandırma modeli oluşturulmuştur. Bu model oluşturulurken aynı ve benzer veri kümesi üzerinde yapılmış çalışmalar incelenmiş ve o çalışmaların üzerine ek çalışmalar yapılarak başarı oranları artırılmıştır. Performans ve hız sorununa yeni bir çözüm sunulmuştur. Medikal veri kümelerinde genel olarak hasta etiketli veriler çoğunlukta olduğundan, bu tür veri setlerinde sağlıklı ve hasta etiketli veriler arasında ciddi bir dengesiz dağılım olur. Bu çalışmada kullanılan veri kümesinde de dengesiz dağılım mevcut olduğundan, bu sorun veri artırma yöntemi ile giderilmiştir. Veri artırma yöntemi sadece sağlıklı etiketli verilere uygulanmıştır. Veri hazırlama sürecinde, uygun olmayan veriler, kanal sayısı üç olmayan görüntüler gibi, veri kümesinden çıkarılmamış, bunun yerine uygun hale gelecek şekilde dönüştürülmüştür. Makine öğrenmesinde karşılaşılan en büyük sıkıntılardan biri olan aşırı öğrenmeyi engellemek için verilerde normalizasyon, seyreltme, erken durdurma gibi tekniklere başvurulmuştur. Modeller oluşturulurken konvolüsyonel sinir ağları ile derinlemesine ayrılabilir konvolüsyonel ağlar kullanılmıştır. Model çıktıları çeşitli başarı ölçüm yöntemleri ile incelenmiş olup, başarı oranının artırılması için değiştirilebilir hiper parametreler belirtilmiştir. Tüm çıktılar yorumlanmış ve ileride yapılacak çalışmalarda dikkate alınması gereken bulgular detaylıca açıklanmıştır. In the world, the most common and fatal diseases is the pneumonia disease, it is situated at the top among the fatal disease in Turkey. Early diagnosis and treatment are the primary factors in reducing the death rate. One of the most important methods of diagnosis is imaging techniques, which one is X-ray. This is the most commonly used method in the diagnosis of the disease. The disease can be detected correctly with using only chest x-ray in high probability.Similar diseases with pneumonia create similar patterns in lungs. Because of that the frontal image may not be sufficient for diagnosis and detection alone. It may be required the lateral images for correct disease diagnosis.In the medical field, many engineering applications are used to contribute to increase accuracy and speed in diagnosis.One of these applications is to diagnose various diseases and find the relationship between them through machine learning.One of the most popular areas in the world is data science and artificial intelligence. Much attention has been paid to this issue in the medical field. In developed countries, hospitals with artificial intelligence support are formed. The infrastructure of the existing hospitals is transformed into the corresponding state.The main reasons for investing in this area are as follows;•With the help of artificial intelligence-supported hospitals, the patient's priority status is determined with imaging methods by assays and taking into account the symptoms.•This algorithms taking correct and quick action, which is provides to reduce the overtime hours of doctors•In a region where there is a central imaging and laboratory, but where there is no comprehensive hospital and a sufficient number of physicians, the data of the patients are passed through artificial intelligence algorithms and it is determined whether the person is ill or not,•Giving the medicine to be used according to the symptoms seen in the patient,•The patient is referred to the relevant field and specialist for the problem detected. •When sufficient quality is achieved, segmentation and detailed analysis of diseases can be performed.The provision of the infrastructure of these targeted modern hospitals depends primarily on the labeling and storage of historical data.This clinic labeled lung X-rays and kept the data public for the purpose of processing this data while preserving patient identity. Clinical staff label data on a regular basis. In this way, the number and variety of data is increasing. The clinic updates data sets periodically.In this thesis, a classification model was formed by using the data provided by the clinic in order to diagnose pneumonia from the X-ray images using deep learning method.In this model, the studies on the same data set were examined and additional studies were performed on these studies and the performance rates were increased. A new solution to the problem of performance and speed in model training is presented. In general, patient-labeled data are predominant in medical data sets. In such data sets, there is a serious unbalanced distribution between healthy and unhealthy labeled data. Since the unbalanced distribution is present in the data set used in this study, this problem has been solved with the data increment method which is called data augmentation. The data enhancement method was applied only to healthy labeled data. In the process of preparing data, inappropriate data was transformed so that the number of channels was not subtracted from the data set, such as non-three images, instead being appropriate.In order to prevent overfitting, which is one of the biggest problems encountered in machine learning, techniques such as normalization, dilution and early stop were applied.When forming the model, convolutional neural networks and depthwise separable convolution has been used. One of the biggest challenges in machine learning is the need for a longer time requirement to teach, as well as the need for more computationally sophisticated computers due to processing and calculation overhead. The most important feature that distinguishes depthwise separable convolution from other convolutions is that it reduces the number of calculated parameters from millions number to thousands number and provides a great speed.The model outputs have been investigated by various performance measurement methods and changeable hyperparameters have been stated to increase the performance rate. Some one of them are recall, precision, accuracy and f1 score.All outputs were interpreted according to these measurement methods. It is seen that the results of this study have higher performance rates compared to the previous studies. All methods and terms used in this study are explained firstly with cause and effect relationship and then step by step methods are explained. The findings to be taken into consideration in future studies are explained in detail. In previous studies, CNN and RNN networks were formed with different models and parameters. Although the same neural networks and the same activation function were used in the same data set, better performance rates were obtained by the design of the intermediate layers and the differentiation of the hyper parameter values. This means that the performance ratio of the model can be higher with the appropriate hyper-parameter values. It is thought that performance rates can be increased to higher values with different classification methods. In addition to this information, the images in the data set examined are frontal shots. That is, it consists only of views taken from the front.Some diseases can produce similar patterns in the lungs. In order to avoid confusion of different diseases with similar images, lung X-rays should consist of more extensive images called lateral. In machine learning algorithms, the distribution of images in the data set to be trained should be balanced. Any tagged data should not be too dense from any other data. The number of different labeled data should be close to one another. In order to diagnose the disease, the symptoms, patient demographic information, X-rays and other diagnostic methods should be evaluated together. Therefore, this data set provided by the clinic and used in the thesis study will be more modern and accurate when enriched with other data of the patient.Early diagnosis is of great importance for the treatment of this health problem. Many engineering applications are used to help improve accuracy and speed in diagnostics. One of these applications is to diagnose disease with machine learning. In this thesis, using deep learning methods, classification models will be developed to diagnose pneumonia from X-ray images.In this thesis, the data set consisting of lung images of patients and healthy people was examined and models were formed to classify the diagnosis of disease with deep learning. The models created were based on previous studies and exceeded the achievements achieved.Detected data imbalance in distribution when examining dataset data has been exceeded with the increase method. Although the data set was limited, 10% to 20% higher success was achieved than previous studies. In addition, the success of the data enhancement process on the model was measured by experiments. It is thought that the success rate in each model will increase when the number of data in the data set is increased to be balanced. Since the number of data was low, data with one channel number (one channel in grayscale) was converted to processable for each model by adding the number of channels (RGB three channels) instead of being removed from the cluster. Early stop, data dilution and normalization procedures were applied to avoid excessive learning. In order to overcome the performance problem, in-depth separable convolution is used. With this convolution method, high computational processes were avoided and more performance and faster results were obtained. It has been observed that the success rate can be increased by changing the hyper parameters. In addition, different classification methods can be used in imaging techniques to achieve higher success rates. In addition to the random division of the data set, the k-fold method was also applied and the results of the measurement were compared and the models for which the k-fold method was successful were determined. 109

Günümüzde iletişim en temel gereksinimler arasında yer almaktadır. Dünya üzerinde teknoloji kullanan nüfusun günden güne artmasına paralel olarak enerjiye olan gereksinim de artmaktadır. Ancak, dünyamızda enerji üretimi için kaynaklar sınırlı olduğundan enerji gereksinimi çözüme kavuşturulması gereken problemlerden biridir. Özellikle de iletişim alanında gelecek nesil iletişim sistemleri göz önüne alındığında, bugün olduğundan çok daha fazla aygıt birbirleriyle iletişimde olacak ve bununla beraber iletilen veri miktarı da çok fazla olacaktır. Yoğun veri trafiğinde onlarca aygıtın iletişimde kalabilmesi ve iletişimin güvenilir olabilmesi için aygıtların enerjiden yoksun bırakılmaması gerekmektedir. Bu soruna bir çözüm olarak, telsiz ağlarda radyo frekanslı (radio frequency, RF) işaretlerden enerji hasatlama fikri ortaya çıkmıştır. Telsiz ağlarda enerji hasatlama, literatürde eşzamanlı telsiz bilgi ve güç transferi (simultaneous wireless information and power transfer, SWIPT) olarak tanımlanmaktadır. SWIPT için ayrı bilgi çözme ve enerji hasatlama alıcısı olan alıcı tasarımı literatürde yaygın olarak değerlendirilen bir yaklaşım olarak karşımıza çıkmaktadır. Bu yaklaşıma dayalı enerji hasatlama protokolleri, zaman anahtarlamalı aktarım (time switching-based relaying, TSR) ve güç bölmeli aktarım (power splitting-based relaying, PSR) olmak üzere iki ana başlıkta incelenmektedir.Telsiz iletişimde, kaynak birimi ve hedef birimi arasında doğrudan bilgi iletimi, doğrudan görüş hattının olmadığı (non line of sight, NLoS) veya doğrudan görüş kanalının zayıf olduğu durumlar gibi bazı nedenlerden dolayı yeterli olmamaktadır. Kaynak ve hedef birimleri arasında konumlanan bir röle yardımıyla bilgi iletimi yeterli hale getirilebilmektedir. Bu iletişim tekniği işbirlikli iletişim olarak tanımlanmaktadır. Enerji hasatlama fikriyle beraber röle görevi gören birimlerin işbirliği yaparken RF işaretlerden enerji hasatlayarak iletişime destek olmaları hedeflenmektedir.İletişimde artan veri hızı gereksinimine çözüm olarak çok-girişli çok-çıkışlı (multiple-input multiple-output, MIMO) sistemler ortaya çıkmıştır. MIMO sistemlerde yüksek veri hızlarına çıkılırken sistem karmaşıklığının kabul edilebilir seviyelerde olması ve iletişimin de güvenilir olması hedeflenmektedir. Bu amaç için literatürde uzaysal modülasyon (spatial modulation, SM) tekniği sunulmuştur. SM'in ortaya çıkışından itibaren SM'ye olan ilgi artmış, SM teknikleri ve düşük karmaşıklıklı alıcı tasarımları yaygın olarak literatürde yerini almıştır.Tez çalışmasında, bir kaynak, bir röle ve bir hedef biriminden oluşan ve uzaysal modülasyonun kullanıldığı işbirlikli enerji hasatlamalı iletişim sistemi incelenmektedir. Röle, iletim protokolü olarak çöz ve aktar (decode and forward, DF) tekniğine dayalı çalışmaktadır. Röle, kaynaktan kendisine ulaşan RF işaretten enerji hasatlayarak bir iletim gücü kazanmakta ve kaynaktan gelen bilgi işaretini çözerek hedef birimine bilgi iletimi yapmaktadır. Röle enerji hasatlamayı PSR protokolüne uygun olarak gerçekleştirmektedir.Enerji hasatlamalı işbirlikli iletişim sistem modelinde, önce sabit kod çöz ve aktar (fixed decode and forward, FDF) aktarım protokolü ele alınmış, bit hata olasılığı için kapalı formda ifade elde edilmiş, bit hata başarımını belirleyen parametreler optimize edilerek elde edilen kuramsal sonuçlar bilgisayar benzetim sonuçlarıyla desteklenmiştir. İkinci olarak, simge tabanlı (symbol-based) ve eşik değeri tabanlı (threshold-based) seçmeli çöz ve aktar (selective decode and forward, SDF) protokolü enerji hasatlamalı işbirlikli sistem modeline uygulanmış, bit hata olasılığı için yine kapalı formda kuramsal ifade elde edilerek optimum parametre değerleri belirlenmiş, kuramsal sonuçlar bilgisayar benzetim sonuçlarıyla desteklenmiştir. Gerek FDF gerek SDF protokolleri için kuramsal sonuçlarla bilgisayar benzetim sonuçlarının uyum içinde olduğu görülmüştür. In the current climate, communication is one of the most basic requirements. The need for energy increases with the increasing number of people using technology on the world. However, as the resources for energy production in our world are limited, energy needs are one of the problems that need to be solved. Especially in the field of communication, considering the next generation communication systems, more devices will communicate with each other than it is today, and the amount of data transmitted will be highly increased. Devices must not be deprived of energy to keep the communication of tens of devices in intensive data traffic and to be reliable in communication. As a solution to this problem, the idea of energy harvesting from radio frequency (RF) signals in wireless networks has emerged. In the literature, energy harvesting in wireless networks is defined as simultaneous wireless information and power transfer (SWIPT). For SWIPT, design of receiver which has independent information receiver and energy harvesting receiver is a widely accepted approach in the literature. Energy harvesting based on this approach are investigated under two main protocols: time switching-based relaying (TSR) and power splitting-based relaying (PSR).In wireless communication, the transmitted information signal is attenuated by channel fading and, therefore, the reliability of communication is adversely affected. Direct information transmission between the source unit and the destination unit is not sufficient for some reasons, such as when there is non line of sight (NLoS) link or when this link is weak. The information transmission can be strengthened by means of a relay located between the source and destination units, and this communication technique is called as cooperative communication. By providing transmit diversity with the cooperative communication techniques, the error performance between the source and the destination units can be improved. The cooperative communication system model is given in the literature as two basic protocols: amplify and forward (AF) and decode and forward (DF). In the AF protocol, the relay cooperates by amplifying the received signal and transmitting it to the destination.In the DF protocol, the relay decodes the received symbol and transmits it to the destination by performing the modulation process again. In the selective decode and forward (SDF) protocol, which is a special case of the DF protocol, the relay participates or does not participate to the cooperation according to the status of the received signal. Along with the idea of energy harvesting, it is aimed that the units serving as relays will support communication by harvesting energy from RF signals while cooperating with the source unit.Single-input single-output (SISO) systems are unable to afford the need for high data rate and high bandwidth efficiency as a result of the increasing technology and the increase in the population using this technology. As a solution to the increasing data speed requirement, multi-input multiple-output (MIMO) systems have been proposed. While rising high data rates through MIMO systems, it is targeted that the system complexity stays in an acceptable level and the communication can be reliable. For this purpose, spatial modulation (SM) technique is presented to the literature. Spatial modulation has brought out a different dimension to traditional MIMO transmission techniques as a system in which antenna indices are used to carry information along with modulation symbols.The low complexity of spatial modulation compared to traditional MIMO techniques has also been prominent. Since the appearance of SM the interest on it has increased, SM based modulation techniques and low complexity receiver designs have widely adopted in the literature.The energy consumption of wireless communication is much higher than in cable communication systems such as fiber, copper or DSL. 3G technologies are about fifteen times higher than wired connections while using energy, this rate has reached twenty three times in 4G technologies. There is no clear data about what 5G and beyond technologies are to be used in energy consumption. The need for energy in the world is increasing day by day and solutions are provided to meet this need. Similarly, since the need for energy is high in wireless communication, this need has an important place for the quality and reliability of communication. Ensuring communication continuity in wireless communication networks needs the devices in communication to be always connected to the network. It is predicted that the number of devices involved in communication in the next generation communication systems will be higher than today and the energy consumption of these devices will increase with high data traffic. The idea of energy harvesting from RF signals has emerged as a solution to the increasing energy need in wireless networks. Energy harvesting implies devices receiving both information and collecting energy from the same RF signal obtained through the receiving antennas. The most important reason for the emergence of this idea is that RF signals carry both information and energy. By applying the time switching-based relaying (TSR) and power splitting-based relaying (PSR) energy harvesting protocols given in the literature, the energy consumption of the wireless system can be saved and the energy efficiency of the communication can be increased.In the thesis study, cooperative energy harvesting communication system consisting of a source, a relay and a destination unit and using spatial modulation is investigated. The relay operates based on decode and forward (DF) technique as the transmission protocol and obtains a transmission power by energy harvesting from the RF signal received from the source and transmits information to the destination after decoding the information signal from the source. Energy harvesting in the thesis takes place according to the PSR protocol.In the energy harvesting cooperative communication system model, first the fixed decode and forward (FDF) transmission protocol is considered. A closed form expression is obtained for the bit error probability, and by optimizing the parameters determining the bit error performance, the theoretical results are compared and supported by the computer simulation results. Second, the symbol-based and threshold-based selective decode and forward (SDF) protocols are applied to the energy harvesting cooperative system model. For the bit error probability, a closed form expression is derived. The theoretical results obtained for the optimum parameter values are supported by the computer simulation results. The theoretical and the computer simulation results are found in perfect agreement for both FDF and SDF protocols. Simulation and theoretical results for both FDF and SDF protocols are compared with the direct link communication and the cooperative communication system without energy harvesting. 79

Uydu haberleşmesinde kullanılan geleneksel almaç yapıları incelendiğinde, yansıtıcıantenler ve yansıtıcı merkezine yerleştirilmiş LNB yapıları görülebilir. LNB, çiftkutuplamalı olarak iki ayrı pininden dikey ve yatay kutuplanmalı dalgaları almaktadır.Her iletişim sisteminde olduğu gibi alınan işaret ön yükselteçe sokulduktan sonra aşağıçevirici yardımıyla orta frekansa indirilir. Sonrasında ise çözücü aygıta iletilerek işaretanlamlandırılır. Uydu sistemlerinde anten yönü her zaman uyduya dönük olmalıdır.Hareketli araçlarda bu yönlenme motor kontrol birimleri vasıtasıyla sağlanır. Bu tezdegeleneksel sistemin kapladığı hacmi düşürecek ve uyduya yönelme hızını yükseltecekve aynı zamanda araç içerisinde daha gizli tutulabilir bir sistem tasarımı çalışılmıştır.Tez içeriğinde bu amaçla faz dizili anten alıcı sistemi tasarlanmıştır. Sistemin Ku bandalıcı frekansları olan 10.7 GHz ile 12.7 GHz arasına uygun yapılması hedeflenmiştir.Dizi antenin kazancının en düşük 30 dB olması hedeflenmektedir. En yüksek kazançnoktasında ise 32 dB kadar kazanç görülmesi beklenmektedir. Bu sebeple 16x16 birsistem, birim antenleri 8 dB ortalama kazanç sağlayacak şekilde tasarlanmıştır. Bukazançta bir birim anten için yama anten kullanımı uygun olmaktadır ancak geniş bantbir tasarım olacağı için yama anten üzerinde değiklik yapılması zorunlu olmuştur.Yama antenin band genişliği normal koşullarda % 5 iken, açıklık beslemesi veparazitik yama metoduyla %13'ten fazla band genişliği elde edilebilmektedir.Uygulama kolaylığı sebebi ile bu tezde parazitik yama yöntemi tercih edilerek yeterliband genişliği sağlanmıştır. Anten ölçümlerinde, dalga kılavuzu birleştirmesinde çıkansorunlar sebebi ile sadece 1x16 sistemi ölçülebilmiştir. Faz dizili sistemlerin en büyükeksi tarafı olan iletim hattı kayıplarını en düşük seviyeye getirmek üzere, ışıyanelemanların arkasında hava boşluklu dalga kılavuzu güç bölücüleri her iki kutuplanmaiçin de tasarlanmıştır. İletim hatları çıkışlarında dalga kılavuzunun kısa kenarına dikolacak şekilde mikroşerit hatta çevrim yapısı tasarlanarak almaç devrelerinin girişineuygun iletim hattına dönüştürme işlemi yapılmıştır. Sistemde önemsenen bir diğerhusus da faz kontrol çözünürlüğüdür. Faz kontrol çözünürlüğünü en üst düzeydetutmak üzere analog faz kaydırıcı tasarımı yapılmıştır. Analog faz kaydırıcı devresi arafrekansta, lange bağdaştırcı ve değişken kapasite elemanları kullanılarak yansıtıcı tiptebir faz kaydırıcı olarak tasarlanmıştır. Değişken kapasite elemanları gerilim ile kontroledilmektedir. Gerilim kontrolü 16 bit elemanlarla sağlanmaktadır ve bu sayede fazçözünürlüğü 0.01 derecelere kadar düşürülmüştür. Faz kaydırma işlemi ara frekanstayapıldığı için öncesinde aşağı çevirici çipi kullanılarak çevirme işlemi yapılmaktadır.Çevirici öncesi düşük gürültülü kuvvetlendirici tasarımı benzetim ortamındatamamlanmıştır. Kuvvetlendirici hedefi 20 dB kazanç ve 1 dB gürültü faktörü olarakbelirlenmiştir. Tez sonucunda 1x4 ve 1x16 yama antenler, 16 bit SPI arayüzlü 120derece faz aralığında faz kaydırıcı, 1x4 ve 1x16 güç bölücü dalga kılavuzu yapıları ilemikroşerit-dalgakılavuzu arası kısa kenardan geçiş sağlayan yapılar tasarlanmış veüretilip ölçülerek sonuçları gözlenmiştir. 1x4 sistemde band genişliği kaymaolmaksızın sağlanırken, 1x16 sistemde parazitik yama değişimi sebebi ile olduğudüşünülen yaklaşık 500 MHz bir kayma gözlenmiştir. Bununla birlikte bandgenişliğinin aynı kaldığı gözlenmiştir. Bu ölçüm yapılırken, yama antenler, dalgakılavuzları ve geçiş yapısı beraber şekilde kullanıldığı için üç yapının da istenilendüzeyde çalıştığı belirtilebilir. Aktif kısımda ise faz kaydırcı istenilen incelikte xviiiçözünürlükte tasarlanmıştır. Aktif Ku band düşük gürültülü kuvvetlendirici için üretimve birleştirme aşamaları gelecek çalışma planlarındadır. When conventional reception structures used in satellite communication are examined,reflective antennas and LNB structures placed in the reflector center can be seen. TheLNB receives the vertical and horizontal polarized waves from two separate pins withdouble polarity. As with any communication system, the received signal isdownconverted to the intermidiate frequency with the help of the downconverter afterlow noise preamplifier stage. Then the singal is made meaningful by transmitting tothe decoder device. In satellite systems the antenna direction must always be facingthe satellite. In moving vehicles, this direction accuracy is achieved by means of motorcontrol units. In this thesis, a system design which will decrease the volume coveredby the traditional system and increase the speed of the satellite orientation and at thesame time a more concealable system design has been studied. For this purpose, thephased array antenna receiver system is designed. The system is intended to becompatible with Ku band receiver frequencies between 10.7 GHz and 12.7 GHz. Thegain of the array antenna is expected to be at least 30 dB. The highest gain point isexpected to be as high as 32 dB. Therefore, a 16x16 system is designed so that the unitantennas provide an average gain of 8 dB. To achieve this level of gain, the use ofpatch antennas for a unit antenna is appropriate, but since it would be a wide banddesign, it was necessary to manipulate the patch antenna. Bandwidth of the patchantenna is 5% in normal conditions, but more than 13% band width can be obtainedby aperture feed and parazitic patch method. Due to the ease of application, parasiticpatch method is preferred in this thesis and sufficient bandwidth has been provided.Another consideration of the system is the axial ratio. Due to the both vertical andhorizontal signals are received in same time and bot of them is in same amplitude,vertical-horizontal ports of the patch antennas' shoul be capture just one polaritypurely as possible. Another manipulation is used for this goal. A `corner-star` structuredeveloped and placed into the corner between two feeding point to increase axial ratioof the antenna. Finally, unit antenna design is finalized with specified manipulations.Waveguide design was also challenging. The waveguide used and produced in thiswork is not a standard waveguide. Firstly, it should be placed under the patch antennafeeding point and there is two feeding point in unit antenaa with seperation by 4.55mm. Two wave guide coupling pin should be fit this seperation. To do that, 6 by 12mm rectengular waveguide structure is chosen. Cut-Off frequency off the waveguidewas 10.5 GHz nearly. Unit antenna structure and seperation also brings anotherconsideration to the waveguide. Two unit antenna is placed by 23 mm seperation. Withthese dimensions, feeding point of the path antennas are not in the center of wave uide.This creates phse balance problem in the input of the waveguide combiner. So, twosignal is combined in same amplitude but not in same phase, one of the is little delayedand 1x2 waveguide combiner output is observed as in same phase by using separationpin placed into the middle of the waveguide by an offset. Also, 1x4, 1x8 and 1x16 waveguide structures also balanced in same way. Last part before active circuits is themicrostrip-waveguide transition structure. Normally, it is a basic structure can befound in literature easily if designer have enough area and feeding point is at center oflong edge of the waveguide. However, in this design it is mandotary to feed the systemfrom short edge of the waveguide. After many trials, directly transforming the wavefrom short edge to the microstrip line is not a suitable way. So, it is manipulated thelitearture structures. Thin line on the Rogers4350B dielectric material whichitsdielectric constat is 3.66 in the wave guide is placed at the center of the vertical andhorizontal waveguide offset with 3 mm. By changing line thickness and length anddielectric length inside of the waeguide, a fitting solution is designed. Also, it is criticalparameter that height from deep point of waveguide short end to the dielectric. In theantenna measurements, only 1x16 system could be measured due to problems withintegration wave guide to antenna feed. In order to minimize transmission line losses,which are the biggest negative side of the phase array systems, the air gap waveguidepower splitters behind the radiating elements are also designed for both polarities. Thetransmission line was transformed into the transmission line according to the input ofthe receiver circuits by designing the microstrip line evenly to the short edge of thewaveguide at the outputs of the transmission lines. Another important issue in thesystem is the phase control resolution. An analog phase shifter design has beendesigned to maximize the phase control resolution. The analog phase shifter circuit isdesigned as a phase shift in a reflective type at intermediate frequency using the langecoupler and variable capacity elements. Variable capacity (varactor diodes) elementsare controlled by voltage. The voltage control is provided with 16 bit elements,whereby the phase resolution is reduced to 0.01 degrees. Since the phase shifting isdone at the intermediate frequency, frequency decreasing process is done by using theTFF1018HN downconverter chip. Downconverting process should be thought indetails. System includes 16 downconverter unit and output phase of these units shouldbe nearly same, otherwise alll system considerations will be meaningless. Antennaseperation, phase and amplitude balance in 1x16 waveguide combiner is for that signalreaches to the LNA input in same phase. After that, LNA responses will be nearlysame beacuse LNA's will be in same temperature and humidity etc. However mixershas a random frequency generator actually. The crystal used for mixer can givereference frquency in any phase. So, just one crystal should be use for all 16 mixerdevice. For this purpose, Crystal frequency divider circuit is designed also.Experiments shoew that two mixer can deliver output signal in same phase but when16 device are in use, some variances can be observed. The low noise amplifier designbefore the inverter was completed in the simulation environment. The aimedspecifications of the amplifier is 20 dB gain and 1 dB noise factor. LNA designincludes GaAs FET transistors discretely. To run these transistors, Diodes' Coorps'ZABG4003 driver circuit is used. It is also a commercial product for LNB solutionsand provides 4 biasing output drive. In another paranthesis, frequency selective surfacedevelopment is tried on the bandwidth and axial ratio manipulated patch antenna. Justusing, 3x4 array `Ohm` shaped FSS unit at 18 mm away in vertical axis of parasiticpatch, 1.5 dB directivity and gain increment is provided. It should be stated that thiswork is just done in simulation, there is no real product and measurement. As a resultof the thesis, 1x4 and 1x16 patch antennas, 120-phase phase spacer with 16-bit SPIinterface, 1x4 and 1x16 power divider waveguide structures and microstrip-waveguideshort-edge transition structures were designed and produced and measured. In the 1x4system, the band width was achieved without shift, whereas in the 1x16 system a shiftof about 500 MHz which was thought to be due to parasitic patch change was observed.However, the band width remained the same. When this measurement is performed, itcan be stated that since the patch antennas, waveguides and transition structure areused together, all three structures work at the desired level. In the active part, the phaseshift is designed in the desired fineness resolution. The production and assembly stagesfor the active Ku band low noise amplifier and producing and measuring unit antennawith FSS are in the future work plans. 84

Güvenilir hızlı ve efektif telsiz haberleşme yöntemleri teknik açıdan zorluklara sahip yeni uygulamalar ile gelişen bir alan olarak devam etmektedir. Bu çerçevede 5. nesil telsiz haberleşme ağlarının mevcut teknik zorluklarını karşılamak amaçlı çoklu parametre kümesine sahip dik frekans bölmeli çoğullama (orthogonal frequency division multiplexing, OFDM) istenen performansları karşılamak amacıyla önerilmiştir. Ancak telsiz haberleşme kullanıcıları ve uygulamaları sayılarında görülen artış eğilimi nedeniyle OFDM tabanlı bir fiziksel katmanın yeterliliği yeni nesil fiziksel katman teknikleri için tartışmalıdır. Bu nedenden dolayı 5. nesil sonrası haberleşme sistemleri için yeni telsiz haberleşme yöntemlerine ihtiyaç duyulduğu konusunda yaygın bir düşünce bulunmaktadır. Genelleştirilmiş Frekans Bölmeli çoğullama (Generalized Frequency Division Multiplexing, GFDM), son yıllarda öne çıkmış gelecek nesil haberleşme sistemlerinin zorluklarıyla başa çıkmak için ön görülen bir fiziksel katman tekniğidir. GFDM zaman frekans kaynağı planlamasına izin vermesiyle iletim gecikmesine karşı, düşürülmüş çevrimsel önek (cyclic prefix) ile uzaysal verimliliğe karşı, her alttaşıyıcının bir süzgeçten geçirilmesiyle OOB yayılıma karşı çözüm getirmektedir. Indis Modülasyonu (index modulation, IM) modülasyonu spektrum ve uzaysal verimliliği nedeniyle oldukça ilgi görmüş basit bir sayısal modülasyon tekniğidir. Geleneksel sayısal modülasyonların tersine, IM iletişim sisteminin yapıtaşları olan anten, zaman dilimi gibi bilgilerin var olup olmamasını kullanarak bilgi iletimi yapar. Uzaysal modulasyon bilgi iletmek için antenleri kullanırken, OFDM-IM sistemlerde alt taşıyıcı pozisyonlarının var/yok mekanizmasıyla bilgi iletimi için kullanılır. Buna göre bazı alt taşıyıcılar kullanılmaz. Bu sayede kullanılmayan alt taşıyıcıların enerjileri, kullanılan alt taşıyıcılara aktarılarak bit başına düşen enerji miktarı artırılır ve bit hata oranı başarımında artış sağlanır.Gün geçtikçe artan veri hızı ve kullanıcı sayısı, frekans spektrumundaki sınırlılık nedeniyle araştırmacıları spectral verimliği artırmak için çözüm yollarına yöneltmiştir. Çok girişli çok çıkışlı sistemler (multiple input multiple output, MIMO) buna çözüm olarak sunulan yenilikçi bir yaklaşımdır. MIMO sistemlerde alıcı ve verici tarafta eş zamanlı çoklu anten kümesini kullanarak iletim ve alım yapar. Herhangi bir band genişliği ve yüksek iletim gücü olmadan yüksek kanal kapasitesi ve yüksek hız oranı sunar. Yeni nesil fiziksel katman çözümleri için spektral verimliliğe sahip MIMO iletim teknikleri ile çalışabilmek bir gerekliliktir. Kablosuz haberleşmede yaşanan tüm bu gelişmelerin yanında, çeşitli modulasyon tekniklerine ve dalga formlarına göre gönderilen verinin alıcı tarafta tespit edilmeside yeni nesil haberleşme sistemlerinde geliştirilmesi gerekli bir konu haline gelmiştir. En büyük olabilirlik yöntemi en optimum yöntemi sunsa da karmaşıklığı oldukça yüksektir. Doğrusal tespit yöntemleri karmaşıklığı düşük sonuçlar sunar, ancak başarımı en büyük olabirlik yöntemine göre oldukça düşüktür. Bu kapsamda yeni nesil kablosuz haberleşme sistemlerinde alıcı dizaynında karmaşıklığı düşük başarımı yüksek alıcı modellerine ihtiyaç vardır.Makine öğrenmesi bilgisayar biliminin hızla gelişen alanlarından biridir. En basit haliyle verilerden otomatik olarak pattern çıkarma işlemi olarak tanımlanır. Derin öğrenme ise makine öğrenmesinin alt alanlarından biridir. Son 10 yılda internet erişimin artmasıyla toplanan verilerin miktarı artmıştır. Bu daha fazla işlem gücü gerektiren bilgisayarlara ve öğrenme kapasitesi yüksek algoritmalara olan ihtiyacı artırmıştır. Bu kapsamda grafik işlem birimlerinin (graphical user interrface, GPU) hesaplamalarda kullanılması ve yeni algoritmaların geliştirilmesiyle derin öğrenme alanında oldukça ilerleme sağlanmış, nesne tespiti doğal dil işleme bilgisayarlı görü gibi alanlarda ciddi gelişmeler olmuştur. Derin sinir ağlarını (deep neural network, DNN) algoritmaların en başında tam bağlanmış sinir ağı (fully connected neural network, FCNN) gelmektedir. FCNN herhangi bir durum hafızası içermeyen girişten çıkışa kadar ileriye doğru yol içeren neural networklardır. FCNN yanında, resim gibi yerel değerlendirme istenilen uygulamalar için evrişimsel sinir ağı (convolutional neural network, CNN) geliştirilmiştir. CNN uzay boyunca ağırlıkları paylaşır, bu da FCNN göre daha az parametre ile işlem yapılmasını sağlar. Zamana bağlılığı olan veriler için ise durum hafıza bilgisi tutan yineleyen sinir ağı (recurrent neural network, RNN) geliştirilmiştir. RNN'ler ise zamansal boyutta ağırlıklarını paylaşır. Tüm bu gelişmelerin yanında derin öğrenme telsiz haberleşme içinde ilgi çekici bir alan haline gelmiştir. Araştırmacıların ilgisini çekmiş, kanal tahmini, kanal kodlama, OFDM alıcılar ve MIMO tespiti ile ilgili çalışmalar yapılmıştır. Bu tezde gelecek nesil fiziksel katman gereklilerini karşılamak amacıyla veri tespiti uygulamaları üzerine çalışılmıştır. Yeni nesil fiziksel katman çözümlerine önemli bir yer sahip ortogonal ve non-orthogonal dalga formalarının tespiti üzerine odaklanılmıştır. Spektral ve enerji verimliliği nedeniyle öne çıkan IM ve spectral verimliği sayesinde öne çıkan MIMO için data tespiti üzerine çalışılmıştır. Yeni alıcı tasarımı önerilmiştir. Tezin ilk aşamasında geleneksel veri tespit yöntemlerinden olan en büyük olabilirlik yöntemi ve lineer tespit yöntemlerinden ve bu tezde uygulanan derin öğrenme destekli yapılacak kablosuz haberleşme çalışmasında kullanılan genel aşamalardan bahsedilmiştir. Bu aşamalar eğitim ve test datasının üretilmesi, derin öğrenme modelinin oluşturulması, eğitimin gerçekleşmesi ve test aşamasıdır. Tezin ikinci aşamasında GFDM tespiti için derin öğrenme yardımıyla iki katmanlı alıcı yapısı önerilmiştir. Bu alıcı tarafı ana detektör ve yardımcı detektör kısımlarından oluşmaktadır. Ana tespit kısmında klasik tespit yöntemleri kullanılırken yardımcı tespit kısmında derin öğrenme kısmı kullanılmıştır. Derin öğrenme yardımıyla yapılan ilk GFDM uygulamasıdır. Derin öğrenme çerçevelerinin kompleks sayılar tarafından desteklenmemesi nedeniyle evrişimsel sinir ağı buna çözüm olarak sunulmuştur. Aynı zamanda ana tespit kısmında MMSE kullanılması derin öğrenme yardımıyla yapılan ilk uygulamalardandır. Bu uygulamanın sağladığı bit hata oranı (bit error rate, BER) başarımı iyi olsa da derin öğrenme kısmı oldukça kompleks bir katman yapısına sağlanmıştır. Tezin üçüncü aşamasında GFDM-IM için bit hata oranını geliştirecek derin evrişimsel neural network bazlı tespit ve demodulation modeli önerilmiştir. önerilen sistem ilk başta alınan sinyali sıfır zorlamalı detektörden geçirdikten sonra CNN ve ardından FCNN kullanan bir network modeli kullanır. Ana tespit kısmı yapıldıktan sonra IM bloklar birbirinden bağımsız bir şekilde derin öğrenme tarafından değerlendirilir. IM blokların birbirinden bağımsız değerlendirilmesi derin öğrenme kısmında basit bir model yapısı kullanmayı sağlar. GFDM-IM için tespit kısmı için derin öğrenme destekli ilk uygulamadır. Bu da yaptığımız modelin karmaşıklığını kabul edilebilir bir şekilde artırarak BER başarımı sağlar. Tezin dördüncü aşamasında non-orthogonal ve orthogonal dalga formaları için SMX-IM data tespit kısmı için çalışılmıştır. Burada ana tespit yapıldıktan sonra IM blokları anten bazlı gruplandırılarak alt bloklara dönüştürülür. Her bir alt blok anten alt taşıyıcı konumları ve kompleks real boyutu olmak üzere 3 boyutta değerlendirilir. Her bir alt blok CNN algoritmasından yararlanılarak değerlendirilir. GFDM ve OFDM MIMO-IM alıcı tarafı için yapılan ilk ve yenilikçi bir algoritmadır. BER başarımında önemli bir gelişme sağlanırken modelin karmaşıklığı ZF ile hemen hemen aynıdırBu tezde GFDM, GFDM-IM ve SMX-IM için derin öğrenme destekli alıcı modeli önerilmiştir. Önerilen tüm methodlar bit hata oranı başarımını sağlamıştır. GFDM için karmaşık modelle öğrenim sağlanırken, GFDM-IM için kabul edilebilir bir karmaşıklıkla model önerilmiştir. SMX-IM için önerilen modelin karmaşıklığı doğrusal tespit yöntemleri ile karmaşıklığıyla hemen hemen aynı kalmıştır. Derin öğrenme yardımlı data tespiti metotlarının IM ve SMX-IM modelleri için gelecek kablosuz haberleşme sistemleri için önem arz edeceği ön görülmektedir. The demand for reliable, fast and effective wireless communication methods go on with the growing trend thanks to new applications which have challenging technical requirements. In this sense, orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) with multiple numerologies concept has been proposed to meet the requested key performance indicators of fifth generation (5G) wireless networks by Third Generation Partnership Project (3GPP). Although OFDM has solid advantages, e.g., simple equalization, robustness to frequency selective fading and easy implementation, the inabilities of OFDM such as high out-of-band (OOB) emission and high peak-to-average power ratio (PAPR), make it quite disputable to meet the expectations from the physical layer (PHY) of future wireless access technologies. Therefore, improved PHY techniques need to be developed for beyond 5G wireless networks. Generalized frequency division multiplexing (GFDM) is one of the notable attempts to cope with the challenges of future wireless networks. GFDM provides advantages in terms of latency, spectral efficiency, and OOB emission because of block-based structure, reduced overhead of cyclic prefix (CP) and subcarrier-based digital pulse shaping, respectively. The featured benefit of GFDM is the flexibility that enables time-frequency engineering according to the requirements of the target application. Index modulation (IM) techniques offer energy and spectral efficiency by utilizing transmission entities to convey digital information innovatively. Also, multiple-input multiple-output (MIMO) has an important ability for a PHY scheme to match the foreseen requirements beyond the 6G. Deep learning has lately attracted important attention because of its high performance to solve computationally-burdened problems in various fields such as object detection, recommendation systems, and computer vision. Considering the unprecedented success of deep learning in various problems, researchers are eagerly attempting to exploit it for wireless communication. In this thesis, GFDM, GFDM with IM and Spatial Multiplexing (SMX) with IM scheme has been examined and novel receiver schemes have been proposed in order to meet the next generation's physical layer requirements.In the first stage of the thesis, general concepts about the data detection method for wireless networks and deep learning methods undertaking in this thesis are explained shortly.In the second stage of the thesis, deep learning-aided joint detection and demodulation (JDD) scheme is proposed for GFDM scheme. Detection and demodulation of the GFDM blocks include coarse and fine detection stages, which are implemented by using a linear detector and a neural network in a cascaded manner. This application would be the first attempt to exploit a neural network for GFDM detection. Besides, minimum mean-squared error (MMSE) detector is proposed for the coarse detection stage of the cascaded approach. Furthermore, a convolutional neural network (CNN) is exploited to handle complex signals, i.e., quadrature amplitude modulation (QAM) signals, through fully-connected neural network (FCNN). deep learning-aided JDD provides bit error ratio (BER) improvement compared to classical linear detectors. In the third stage of the thesis, a novel deep convolutional neural network-based detector (DeepConvIM) is proposed for GFDM-IM scheme in order to reduce the complexity while improving error performance. The proposed detector first applies ZF detector to the received signal and then uses a neural network, which is composed of a CNN and an FCNN, to recover the transmitted information from the noisy channel outputs. This two-stage approach prevents the getting stuck of neural networks in a saddle point and enables IM blocks processing independently. Also, the FCNN part has only two fully-connected layers, which can be adapted to yield a trade-off between complexity and BER performance. Besides, the CNN has three important advantages that can help improve a deep learning model in terms of sparse interactions, parameter sharing, and equivalent representations. The proposed method would be the first attempt to exploit a neural network for GFDM-IM detection. Furthermore, a CNN approach is used to detect IM scheme for the first time. It has been demonstrated that the DeepConvIM provides essential BER improvement compared to ZF detector with a reasonable complexity increase.In the fourth stage of the thesis, deep learning-aided data detection of SMX multiple-input multiple-output MIMO transmission with IM (Deep-SMX-IM) has been proposed in order to improve error performance without increasing complexity. Deep-SMX-IM has been constructed by combining ZF detector and DL technique. The main contribution of this proposed method is to use CNN and FCNN to learn the transmission characteristics of spatial and frequency multiplexing, respectively. Note that, a CNN approach provides a flexible structure for SMX transmission thanks to supporting the multi-channel operation and preserving the spatial dependence. Besides, using IM enables to implement subblock-based detection, which simplifies the DL model and reduces the complexity. The proposed method would be the first appearance to implement DL-aided SMX with IM (SMX-IM) detection. The Deep-SMX-IM provides important BER improvement compared to ZF detector without increasing complexity. In this thesis, deep learning-aided JDD for GFDM, DeepConvIM for GFDM-IM and Deep-SMX-IM for SMX-IM have been proposed. All proposed models provide significant BER performance but while deep learning-aided JDD has the highest complexity, Deep-SMX-IM has the lowest complexity. The use of index modulation techniques in deep learning-aided detection methods ensures that deep learning-aided models are of low complexity. Furthermore, the combination of SMX and IM ensures that the complexity remains almost the same compared to the linear detector. It has been concluded that significant advantages of deep learning techniques should be engineered to overcome the challenges of wireless communications arising from the distinct characteristics of time, frequency and spatial domains. 83

Thesis (Master)--Izmir Institute of Technology, Electronics and Communication Engineering, Izmir, 2019, Includes bibliographical references (leaves: 55-58), Text in English; Abstract: Turkish and English., The availability of various web services and applications have been attracting a large number of internet users who also contribute to the production of a massive amount of accessible content. Although the share of the multimedia contents is considerable in this data pool, the search for the desired multimedia contents can still be a challenging task. One of the most frequent motivations of internet users seeking for still photographs or videos is to create a feeling of remote presence. These people need to put a significant effort into collecting different types of files, such as action videos, aerial scenes, and still photographs. When image and video files are geotagged (tagged with location data), they can be associated with maps. Current technologies allow us to determine and record information about camera position and orientation. In this thesis, it is aimed to solve problems related to the production and visualization of the location aware multimedia content. Our approach involves using available devices and custom-designed hardware for positioning via Global Positioning System sensors and Inertial Measurement Unit sensors to create query-ready multimedia content. Images and videos, along with location and orientation data, are organized in a database. The designed web application reorganizes the queried multimedia content using the relative location aware data, then creates animations to give guidance on a path for travelers. Therefore, visualization of the multimedia contents on the map according to the movement animation on the trip path also provides the remote presence experience along with the information about travel., Web servis ve uygulamalarının çeşitliliği, çok sayıda internet kullanıcısının ilgisini çekmekte ve büyük miktarda içerik üretmesine olanak sağlamaktadır. Multimedya içerikler bu verilerin büyük bir kısmını oluşturmasına rağmen, istenilen multimedya içeriğe ulaşmak zorlu bir uğraş olmaktadır. Kullanıcıların fotoğraf veya video ile uğraşlarının arkasındaki en büyük motivasyonlarından biri uzakta bulunmaktır. Bu kullanıcılar için havadan görüntüler, fotoğraflar, videolar ve haritalardan oluşan farklı türlerdeki dosyaları toplamak kayda değer zorlukta bir uğraş olmaktadır. Görüntü ve videolar coğrafi etiketlendiği (konum bilgisiyle etiketlenme) zaman, harita ile ilişkilendirilebilmektedir. Güncel teknolojiler, kameranın pozisyonu ve yönüyle alakalı bilgilerin belirlenip bu bilginin kaydedilmesine olanak sağlamaktadır. Bu tezde multimedya içeriklerinin konuma dayalı bilgilerin ve yön bilgisinin üretilmesinde ve görüntülenmesindeki problemlerin çözülmesi hedeflenmiştir. Bu konudaki yaklaşımımız halihazırda bulunan cihazlar ve Küresel Konumlama Sistemi (GPS) sensörleri ve Atalet Ölçüm Sistem (IMU) sensörleri ile tasarlanan donanımın sorguya hazır multimedya içerik üretmesini içermektedir. Görüntü ve videolar ilgili konum ve yön bilgileriyle beraber veritabanı oluşturulmuştur. Tasarlanan web uygulaması sorguya hazır multimedya içeriklerini ilişkili konum ve yön bilgileri ile düzenleyerek animasyonlar oluşturmakta ve kullanıcıya dilediği seyahatte rehberlik sağlamaktadır ayrıca sunulan animasyon kullanıcıya seyahat rotasında uzakta bulunma deneyimini sağlamaktadır.

Biyolojik malzemelerin elektriksel özellikleri ve elektromanyetik dalgalar ile etkileşimi, tıp ve elektromanyetik alanında çalışan araştırmacıların dikkatini çekmektedir. Çalışmalar, mikrodalgaların özellikle teşhis ve tedavi amaçlı tıbbi uygulamalarda çok büyük potansiyele sahip olduğunu göstermektedir. Radyo dalgaları ve mikrodalgalar kullanan bir dizi yenilikçi teknoloji, kanser gibi birçok hastalığın tespiti, teşhisi ve tedavisini geliştirmek için yeni teknikler geliştirmek amacıyla araştırılmaktadır. Elektromanyetik alanların dokulardaki etkileşimini anlamak için öncelikle karmaşık dielektirik sabitini anlamak gerekmektedir. Dielektirik sabitinin anlaşılabilmesi için ölçümünün düzgün bir şekilde yapılması gerekmektedir. Mikrodalga frekanslarında biyolojik numunelerin dielektirik ölçümü zorlu bir iştir. Literatürde yüksek kayıplı numunelerin doğru ölçümü için farklı yöntemler rapor edilmiştir. Ancak yöntemlerin çoğu yalnızca belirli bir frekans aralığı için uygundur. Bu çalışmada, tek bir prob ile geniş bir frekans aralığında kullanılabilen açık uçlu koaksiyel prob yöntemi kullanılmıştır. Son yıllarda, biyolojik dokuların mikrodalga frekanslarındaki dielektrik özellikleri, birçok farklı hastalığın teşhisinde bir doku dielektrik özellik veri tabanı oluşturularak kapsamlı bir şekilde araştırılmaktadır. Makine öğrenme algoritmaları, meme kanseri teşhisi, Parkinson, üriner sistem bozukluğu, vb. gibi birçok farklı tıbbi alanda bu veri setlerini teşhis amaçlı kullanmaktadır. Farklı biyolojik dokuların elektromanyetik özellikleri sağlık durumlarına bağlı olarak farklılık göstermektedir. Bu da bu özelliklerin yukarıda bahsi geçen teşhis amacıyla kullanımına olanak sağlamaktadır.Mikrodalga ile dielektirik özelliklere bakılarak yapılan teşhis çalışmalarında genel prensip çalışılan bölgedeki dokuya elektromanyetik dalga gönderilmesi ve bu bölgeden yansıyan dalganın algılanması şeklindedir. Aynı dokunun dielektirik özelliklerinin hasta ve sağlıklı olma durumunda farklılık göstermesi yansıyan dalganın farklı olmasından kaynaklıdır. Literatürde bu farklılıktan yararlanarak kanser gibi başlıca hastalıkların teşhisinin kolaylaştırılması hedeflenen birçok çalışma bulunmaktadır. Bu tez çalışmasında, sirozlu, kanserli ve sağlıklı karaciğer dokularının sınıflandırılması ve kullanılan farklı sınıflandırıcıların sirozlu, kanserli ve sağlıklı karaciğer dokularının sınıflandırılmasındaki hassasiyetlerine göre karşılaştırılması amaçlanmaktadır. Sıçan karaciğer doku örnekleri için çoklu sınıflandırıcı algoritmalarının gösterdiği başarı, doku tiplerini belirlemek için dielektrik özelliklerin kullanılabileceğini göstermektedir.Karaciğer kolorektal ve hepatoselüler (HCC) kanserleri dünya çapında üçüncü ve beşinci en yaygın görülen kanserlerdir. Bu iki kanserin yılda yaklaşık bir milyon ölüme neden olduğu düşünüldüğünde bu kanser tipinin teşhis aşamasında yapılabilecek en ufak bir iyileştirme büyük önem arz etmektedir. Aynı şekilde uzmanlar tarafından sirotik hastalıkların bir yıl içinde yüzde 1-4 oranında karaciğer kanserine dönüştüğü belirtilmektedir. Bu duruma siroz kaynaklı ölümlerde eklendiğinde yine sirotik dokunun erkenden teşhis edilmesi büyük önem taşımaktadır. Bu tezde, literatürde yapılmış mevcut ikili sınıflandırma çalışmalarına ek olarak çoklu sınıflandırma amaçlanmış ve sirozlu, kanserli dokunun tespiti için makine öğrenmesi metotları kullanılmıştır.İstanbul Üniversitesi Aziz Sancar Deneysel Tıp Araştırma Enstitüsü'nden 30 adet dişi yetişkin Wistar albino cinsi sıçan kullanılarak dielektirik ölçümleri yapılmıştır. Hayvanlar rastgele iki gruba ayrılmıştır. Bunlardan 6'sı kontrol ve 24'ü deney grubundadır. Deney grubundaki hayvanlarda hepatik kanserli doku oluşumu süreci tamamlandıktan sonra dielektirik ölçümlerini almak için hazır hale gelmişlerdir. Açık uçlu koaksiyel prob tekniği kullanılarak sıçan karaciğer dokularının in vivo dielektirik ölçümleri alınmıştır. Ağ analizöründen elde edilen S11 değerlerinden dielektirik sabiti ve dielektirik kaybını hesaplayan bir yazılım kullanılmıştır. Bu sayede makine öğrenme algoritmaları için veri setleri, 500 MHz aralıklarla 500 MHz ve 6 GHz arasında malign, normal ve siroz sıçan karaciğer dokularının in vivo dielektrik özelliklerinin ölçülmesiyle toplanmıştır. Oluşturulan datasette örnek sayıları şu şekildedir:•Sağlıklı (-1) örnek sayısı 391•Sirozlu (0) örnek sayısı 196•Kanserli (1) örnek sayısı 380Karaciğer dokularını sınıflandırmak için, makine öğrenme algoritması olarak Destek Vektör Makinesi (DVM) ve Rastgele Orman (RO) kullanılmıştır. Bu algoritmalar çeşitli nitelik kümeleri kullanılarak eğitilmiştir. Öncelikle epsilon nitelikleri kullanılmıştır. Bu nitelikler hem ham halde hem de normalize edilerek denenmiştir. Aynı zamanda S11 değerleri de algoritmalar tarafından aynı şekilde kullanılmıştır. Daha sonra Temel Bileşenler Analizi kullanılarak elde edilen temel bileşenler ile algoritmalar eğitilmiştir. Ayrıca Parçacık Sürü Optimizasyonu yardımıyla üretilen Cole-Cole parametreleri de algoritmalara girdi olarak verilmiştir. Algoritmalara girdiler verilmeden önce, veri seti train ve test olmak üzere iki gruba ayrılmıştır. İlk denemelerde bu ayrım yüzde 70 train yüzde 30 test olmak üzere yapılmıştır. Makine öğrenmesi modelleri yüzde 70'lik train verileriyle eğitilmiştir. Modele tanıtılmayan yüzde 30'luk test verileri ile de model performansı ölçülmüştür. İlerleyen denemelerde daha emin sonuçlar elde etmek ve sonuçların şanstan gelme riskini azaltmak amacıyla k katlamalı çapraz doğrulama tekniği kullanılmıştır. Bu teknikte k değeri 10 olarak seçilmiştir ve veriler sınıf sayıları dikkate alınarak 10 eşit parçaya bölünmüştür. Her döngüde bu bölmelerin 9'u ile algoritmalar eğitildi. Kalan bölümdeki veriler eğitilen algoritma modelini test etmek için kullanıldı. Böylece döngüler tamamlandığında veri kümesinin her parçası test olarak kullanılmış oldu. Bu sayede eğitilen modelin performansı eğitim kümesinin tamamı kullanılarak test edilmiş oldu.Destek Vektör Makinesi doğrusal bir yöntem olduğundan doğrusal olmayan verileri sınıflandırmak için kernel yöntemleri kullanılmalıdır. Bu çalışmada Radyal Temel Fonksiyon (RTF) kullanılmıştır. Radyal Temel Fonksiyonunun cost ve gamma şeklinde iki parametresi vardır. Parametre optimizasyonu, DVM'nin R programlama dilinde mevcut olan ayar fonksiyonu (tuning) kullanılarak yapıldı. Yapılan her test başında bu işlem tekrar edilmiş ve en iyi cost ve gamma değerleri cross validation tekniğiyle elde edilmiştir. Sonuç olarak DVM- RTF yöntemiyle epsilon değerleri , S11 değerleri, hem epsilon hem S11 değerleri ortak ve son olarak Cole-Cole değerlerinden oluşan datasetler kullanılarak sonuçlar elde edilmiştir.Rastgele orman metodunda 100, 500 ve 1000 ağaç ile eğitim yapılmıştır. Her ağaç, eğitim kümesi ve öz niteliklerin rastgele bir alt kümesi kullanılarak büyütülür. Sınıfların örnek sayısındaki dengesizliğin sonucu olumsuz etkilememesi için her bir ağaca tanıtılan her sınıftan örneklerin sayısı eşit olarak belirlenmiştir. Rastgele orman metodunda her karar düğümünde bölme işlemi için kullanılacak niteliğin seçilmesi için k(m-try) adet rastgele aday nitelik denenmek üzere seçilir ve bu nitelikler içerisinden bölme sonucu en iyi olan niteliğe göre bölme işlemi gerçekleştirilir. Bu değer k = 1, /, 2, /, ..., /, 8 için test edildi. En iyi sonuç $k = 1$ olduğunda elde edildi. k=1 olarak belirlenmesi, karar ağaçlarında bölme işlemi yapılırken denenecek nitelik kümesi için sadece bir aday değişkenin rastgele biçimde seçilmesi anlamına gelir. Yani her bölme işlemi rastgele seçilecek bir niteliğe göre gerçekleştirilir. Böylece daha çeşitli ve rastgeleliği yüksek karar ağaçları oluşur. Öznitelikler arasındaki korelasyonun fazla olması ve/veya bazı niteliklerin diğerlerine baskın olması sebebiyle bu şekilde bir sonuç elde edilmiş olabilir.Çok sınıflı sınıflandırmada, makine öğrenmesi algoritmalarının performans ölçüleri n-by-n karışıklık matrisi ile hesaplanır. Tahmin edilenlere karşı gerçek sınıf etiketleri, karışıklık matrisini oluşturmak için kullanılır. Veri seti etiketleri sağlıklı (-1), sirozlu (0), kanserli (1) olmak üzere üç sınıftan oluşmaktadır. Başlıca performans ölçütleri Doğruluk, Kesinlik, Geri Çağırma ve F1 ölçütleri R studio programında karışıklık matrisi kullanılarak pratik bir şekilde hesaplanmıştır. DVM metodunda en iyi sonuçlar Doğruluk, Kesinlik, Geri Çağırma ve F1 ölçütleri için ortalama %96 olarak bulunmuştur. RO metodunda en iyi sonuçlar bu değerler için ortalama %94 olarak hesaplanmıştır. The time-varying electric fields lead to the movement of electric charges in live tissues (current flow), polarization of loads (electrical dipole formation) and change of the existing dipoles. Their severity depends on the electrical parameters of the tissues. The conductivity determines the electric current and the dielectric constant determines the polarity. Conductivity and dielectric constants vary from tissue to tissue, but also by frequency. The electromagnetic properties of different biological tissues also differ depending on their health status. In most of the studies, due to the difference dielectric properties of the tissues, data sets consisting of dielectric properties of the related region are used for diagnostic purposes. Furthermore, when these studies in the literature are examined, it is seen that the focus is especially on the diagnosis of cancer types and successful results are obtained. The aim of this study is to classify cirrhosis, cancerous and healthy liver tissues and to compare the different classifiers according to their performance in the classification of cirrhosis, malignant and healthy liver tissues based on accuracy, precision, recall and F1 measurements. Usage of the dielectric properties of the tissues are very important for calculation of internal electric fields within the body in the case of exposure to electromagnetic waves, in the development of medical applications such as diagnostics and therapy with electromagnetic energy, and understanding the probable damages of these electromagnetic fields. The success of multinomial classifier algorithms for rat liver tissue samples indicates that dielectric properties can be used to determine tissue health statues. Dielectric measurements were performed using 30 adult female Wistar albino rats from Aziz Sancar Institute of Experimental Medicine, Istanbul University (IU). The animals were randomly divided into two groups. Six of these were in the control group and 24 in the experimental group. After the observation of hepatic cancer tissue formation in the animals in the experimental group, they were ready to take dielectric measurements. In vivo dielectric measurements of rat liver tissues were taken using the open-ended coaxial probe technique. A software calculating the dielectric constant and dielectric loss from the S11 values obtained from the network analyzer was used. Thus, data sets for machine learning algorithms were collected by measuring in vivo dielectric properties of malignant, normal and cirrhosis rat liver tissues between 500 MHz and 6 GHz at 500 MHz intervals. The sample numbers in the generated dataset are as follows:•Number of Healthy Samples (-1) 391•Number of Cirrhosis Samples (0) 196•Number of Malignant Samples (1) 380To classify liver tissues, Support Vector Machine (SVM) and Random Forest (RF) were used as the machine learning algorithm. These algorithms were trained using various sets of attributes. First, epsilon properties were used. These features were tested both in raw and normalized form. At the same time, S11 values were used by the algorithms. Then, the principal components obtained using Principal Components Analysis (PCA) were used to train the algorithms. In addition, Cole-Cole parameters produced with the help of Particle Swarm Optimization were given as input to the algorithms. Before introducing input to the algorithms, the data set was divided into two groups: train and test. In the first trials, this distinction was made with 70 percent train and 30 percent test. Machine learning models were trained with 70 percent train data. Model performance was also measured with 30 percent test data not introduced to the model. In further trials, k-fold cross-validation technique was used to obtain more confident results and to reduce the risk of results from chance. In this technique, the k value was chosen as 10 and the data was divided into 10 equal subsets (fold) considering the number of classes. Algorithms were trained with 9 of these subsets in each cycle. The data in the remaining section was used to test the algorithm model. Thus, when the loops were completed, each part of the data set was used as a test. In this way, the performance of the trained model was tested using the whole training set.Since the Support Vector Machine is a linear method, kernel methods should be used to classify nonlinear data. In this study Radial Basis Function was used. The Radial Basis Function has two parameters, cost and gamma. Parameter optimization was performed using the tuning function available in the R programming language of the SVM. At the beginning of each test, this process was repeated and the best cost and gamma values were obtained by cross validation technique. As a result, the results were obtained by using SVM-RBF method with datasets consisting of epsilon values, S11 values, both epsilon and S11 values, and Cole-Cole values.Training was carried out with 100, 500 and 1000 trees in random forest method. Each tree was grown using random subset of training set and features. The number of samples from each class introduced to each tree was determined equally so that the imbalance in the number of samples did not adversely affect the result. At each decision node, k (m-try) candidate attributes are selected randomly for split process and the best attribute, i.e. the attribute which decreases the impurity of its leaf nodes most when used for split, is chosen among them. The default $k=4$ when Epsilon features are used. This value was tested for k = 1, /, 2, /, ..., /, 8. The best performance was obtained when the k parameter is set to 1. k=1 means that only one candidate variable is randomly selected for the set of attributes to be tried at each decision node. As a result, decision trees of which diversity and randomness are high are formed. Such a result might have been caused by the high correlation between the attributes and/or by the dominance of some attributes over others.In multi-class classification, the performance measures of the machine learning algorithms are calculated by the n-by-n confusion matrix. True class labels versus predictions are used to generate the confusion matrix. Data set labels consist of three classes: healthy (-1), cirrhosis (0), cancerous (1). The main performance criteria, Accuracy, Precision, Recall and F1 criteria were calculated practically by using the confusion matrix in the R studio program. The best results in SVM method were found to be 96% on average for Accuracy, Precision, Recall and F1 criteria. The best results in the RF method were calculated as the average 94% for these values. 93

Robotik sistemler önceden tanımlanmıs¸ tekrarlayan görevler için sıklıkla tercih edilmektedirler. Neredeyse tüm seri üretim yapan fabrikalar bu robotik sistemleri tekrar tekrar uygulanması istenilen görevler için kullanmaktadırlar. Bu sistemlerde denetleyici tasarımı bazı zorluklar, eksiklikler ve/veya periyodik hareketten kaynaklı bozucu etkenler içerebilir. Maliyeti azaltmanın onemi göz önününde bulundurularak robotik sistemlerdeki algılayıcı kullanımı azaltılmalıdır.Bu tezin ilk bolümünde, üstte belirtilen sistem kısıtları altında, periyodik hareket eden robot sistemi için, yapay sinir ağı entegre edilmiş, modelden bağımsız, tüm durum geri beslemeli, yinelemeli öğrenmeli denetleyici tasarlanmıştır. Sistem kararlılığı, Lyapunov tabanlı kararlılık analizi yöntemleri aracılığıyla sağlanmıştır. Tasarlanan denetleyicinin baiarımı sayısal benzetimler ve deneyler aracılığıyla gösterilmiştir. Tezin ikinci bölümünde, üstteki kısıtlara ek olarak eklem hızlarının da ölçülememesi göz önüne alınarak, yapay sinir ağıyla entegre edilmiş çıkıs geri beslemeli yinelemeli öğrenmeli denetleyici tasarlanmıştır. Tasarlanan denetleyicinin başarımı sayısal benzetimler aracılığıyla gösterilmiştir. Robot manipulators are widely used to perform pre–defined tasks repetitively.Nearly all of the mass production factories use the robot manipulators to perform specificoperations over and over again. In such a system, the control design may contain somedifficulties, unavailabilities and/or there would be additive disturbances due to the periodicmotion. Moreover, cost reduction may be vital, hence sensor usage has to be reduced.In the first part of this thesis, to address those restrictions, a model free full statefeedback repetitive learning controller which is fused with a one–layer neural network isproposed for robot manipulator which performs a periodic motion. Stability of the system is ensured via Lyapunov based techniques. Numerical simulations and experimentalresults are introduced to demonstrate the performance of the proposed controller.In the second part of the thesis, under the additional constraint that velocity measurements being unavailable, output feedback repetitive learning controller fused with aneural network term is investigated. The dynamic model of the robot manipulator is againconsidered as uncertain to avoid its usage as part of the control design, and the referenceposition vector is still considered to be periodic. The stability of the closed loop system is investigated via Lyapunov based techniques. Numerical simulations are added todemonstrate the proposed controller performance. 58