Masif MIMO sistemlerde iteratif sinyal tespit algoritmalarının karşılaştırılması
Comparison of iterative signal detection algorithms in massive MİMO systems
Yazar: BURÇİN TOPUZ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ AYKUT KALAYCIOĞLU
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Günümüzde anlık haberleşme yapan kullanıcı sayısının artması ile birlikte birbiri ile haberleşen sistem sayısının da artması, haberleşme için kullanılan spektrumda yoğunluğun artmasına neden olmuştur. Ortaya çıkan bu yoğunluk ise haberleşme esnasında gecikmelere, sistemlerin birbirleri ile girişimlerinin artmasına ve kullanılan haberleşme sistemlerinin daha yüksek güç tüketmesine sebep olmuştur. Özellikle 5G ve sonrasında yaşanan bu durumları engellemek amacı ile bazı fikirler önerilmiştir. Önerilen çalışmalardan biri olan masif çoklu giriş çoklu çıkış teknolojisinde (mMIMO) iteratif sinyal tespit algoritmaları, bu tez çalışması kapsamında incelenmiştir. Çalışma kapsamında BPSK, QPSK, 16QAM, 16APSK ve 64QAM modülasyon tipleri kullanılarak ZF, MMSE, ML, Neumann, GS, CG, OCD ve ADMIN algoritmalarının BER-SNR performansları üzerinde oluşturduğu etki üzerine değerlendirme yapılmıştır. Literatürde mMIMO sistemlerinde kanal durum bilgisi(CSI) bilindiği varsayılmaktadır. Fakat gerçeklemede haberleşme sistemlerini etkileyen gürültü, yayılım yapılan ortam gibi birçok parametre CSI'yı etkilemekte olup bu gibi sebeplerden ötürü kanalın tam olarak bilinmesi mümkün değildir. Ayrıca masif sistemlerde çok sayıda antenin yan yana konumlandırılması sebebi ile kanalda ilintiler oluşmaktadır. Çalışma kapsamında algoritmalar modülasyon çeşidi, CSI, sistem boyut oranı, iterasyon sayısı, performansları ve çalışma süreleri olmak üzere 6 farklı açıdan incelenmiştir. Benzetim sonuçlarına göre iterasyon sayısının uygun seçilmesi durumunda iteratif olarak çalışan algoritmaların diğer algoritma çeşitlerine göre daha iyi BER performansı gösterdiği tespit edilmiştir. Yapılan benzetimler arasında en iyi ADMIN algoritmasının algoritma performası olup bu algoritmanın en iyi performansı ise BPSK modülasyonunda, CSI tam olarak bilinirken, sistem boyut oranının en az 4, iterasyon sayısının en az 5 olduğu durumda elde edilmiştir. Ayrıca tüm algoritmalarda kanalda ilinti sayısının artması ile algoritmaların performasının kötüleştiği tespit edilmiştir.

Abstract:
Nowadays, with the increase of the number of users making instant communication and the increase of the number communicating with each other has led to an increase in the density of the spectrum used for communication systems. This density caused latency, increase interference with different systems and on the power consumption. To solve these problems, new solutions are proposed for especially 5G and beyond. Multiple Input Multiple Output (MIMO) which is one of these ideas is examined in this scope of this thesis. BER versus SNR performances of ZF, MMSE, ML, Neumann, GS, CG, OCD and ADMIN algorithms are examined by using BPSK, QPSK, 16QAM, 16APSK and 64QAM modulations. The Channel State Information (CSI) is assumed to be known exactly in literature. However, it is not possible to know CSI exactly due to system's noises, transmission area etc. while making implementation. Besides, the correlation occurs between the antennas due to the antenna placements. In this scope of thesis, six different situations are examined which are modulation types, CSI, system dimension ratio, iteration number, algorithms' performances and running time. The results obtained from the simulation show that ADMIN has the best algorithm performance and its' best performance is observed the situation that BPSK is used, CSI is known exactly, system dimension ratio is least 4 and iteration number is least 5. In addition, the channels being related with each other and/or known with noise makes it difficult to detect the signals in all system sizes and in all used algorithms.