CDMA sistemleri için bulanık mantığa dayalı RLS uyarlamalı alıcı yapısı
A novel RLS adaptive fuzzy multiuser detector for CDMA systems
Yazar: İBRAHİM ŞİMŞEK
Danışman: DOÇ.DR. SARP ERTÜRK
Deniz Harp Okulu Komutanlığı / Deniz Bilimleri ve Mühendisliği Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2004
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
ÖZET CDMA SİSTEMLERİ İÇİN BULANIK MANTIĞA DAYALI RLS UYARLAMALI ALICI YAPISI Anahtar Kelimeler : CDMA, İlintisiz alıcılar, Klasik alıcılar, Bulanık Uyarlamalı Alıcılar, Çok kullanıcılı algılama (MUD), LMS, RLS, ANFIS, Bulanık sistemler. Yayılmış spektrum önceden beri askeri alanda oldukça geniş kullanım alam bulmaktadır. Günümüzde ise Kod Bölüşümlü Çoklu Erişim (Code Division Multiple Access-CDMA) gibi yayılmış spektrum sistemleri sivil haberleşmede önemli rol almaya başlamaktadır. CDMA sistemlerinde kullanıcılar haberleşme kanalını eşzamanlı olarak kullanmakta ve alman sinyal diğer kullanıcılardan gelen karıştırıcı sinyalleri de içermektedir. CDMA sistemlerini algılamada klasik alıcılar (uyumlu süzgeç öbekleri) kullanılmaktadır ve klasik alıcılar yayılmış kodlar arasındaki çapraz ilinti nedeniyle çoklu erişim girişimi (Multiple Access Interference-MAI) etkisini önleyememektedir. Ayrıca her bir kullanıcı tarafından alman sinyal gücünün, baz istasyonu ile kullanıcı arasındaki mesafe ve ortam şartlarına bağlı olarak farklı değerlerde olması nedeniyle klasik alıcılar, yakın- uzak alan problemi ile de karşılaşmaktadır. Yakm-uzak alan problemini çözmek ve MAI etkisini azaltmak maksadıyla ilintisiz alıcılar önerilmiştir. İlintisiz alıcılar uyumlu filtre çıkışının yayılmış kodlar arasındaki çapraz ilinti matrisinin tersiyle çarpılması sonucu elde edilmektedir. Arka plan gürültüsünün yokluğunda klasik alıcıların aksine ilintisiz alıcılar mükemmel bir demodülasyon yapmaktadır. Ayrıca ilintisiz alıcıların bir avantajı da alınan sinyalin genlik bilgisine ihtiyaç duyulmamasıdır. ıııBununla birlikte çok kullanıcılı sistemlerde çapraz ilinti matrisinin tersinin getirdiği yoğun matematiksel işlemler nedeniyle pratikte uygulama zorluğu ve düşük SNR oranlarında, klasik alıcılardan bile daha kötü bir performans sergilemesi dezavantajları arasında sayılmaktadır. Bu çalışmada CDMA sistemleri için bulanık mantığa dayalı RLS uyarlamak alıcı yapısı önerilmiştir. Bu tip alıcıların gelişmiş algılama kabiliyeti CDMA sistemlerinin kapasite ve performansını arttırmaktadır. Bununla birlikte bulanık mantık son zamanlarda özellikle kontrol sistemlerinde oldukça fazla uygulama alanı bulmasına rağmen haberleşme sistemlerinde kullanım alanı oldukça sınırlı kalmıştır. Önerilen bulanık uyarlamalı alıcı, bulanık eğer-ise kurallarından meydana gelmekte ve kısa bir eğitim periyodu süresince uyarlanabilir LMS ve RLS algoritmaları kullanılarak bit hata oranlan minimize edilmeye çalışılmaktadır. Çalışma sonucunda RLS ve LMS bulanık alıcıların bit hata oranları klasik ve ilintisiz alıcılar ile karşılaştırılmış, bulanık alıcıların diğer alıcılardan daha iyi bir performans sergilediği ve önerilen bulanık uyarlamalı RLS alıcının da bulanık LMS alıcıya üstünlük sağladığı gösterilmiştir. iv

Abstract:
ABSTRACT A NOVEL RLS ADAPTIVE FUZZY MULTIUSER DETECTOR FOR CDMA SYSTEMS Keywords : CDMA, Decorrelating detector, Conventional detector, Fuzzy Adaptive detector, Multiuser detection (MUD), LMS, RLS, ANFIS, Fuzzy logic system Spread spectrum systems have been widely used in the military for decades. Nowadays spread spectrum systems such as Code Division Multiple Access (CDMA) has taken on a significant role in commercial communication. In CDMA systems, multiple users share common channel simultaneously and the received signal consists of signals from multiple users. A matched filter bank has been used to detect CDMA signals but the conventional matched filter bank detector cannot avoid multiple access interference (MAI) due to the cross correlation existing between spreading codes. In addition, because each user's received signal power has different value, when interfering signals are stronger than desired signal, the conventional matched filter bank detector suffers from severe near-far problem. To solve the near-far problem and to reduce the MAI, a decorrelating detector was proposed. The decorrelating detector can decouple matched filter outputs by multiplying the received signal with the inverse of cross correlation matrix between spreading codes. In the absence of background noise, the decorrelating detector achieves perfect demodulation unlike the matched filter bank. The advantage of the decorrelating detector is that it does not require knowledge of the received signal amplitudes.However, the disadvantages of the decorrelating detector are that the computations needed to inverse cross correlation matrix are difficult to perform in real time for many user systems and that at low SNR's the decorrelating detector can perform even worse than the conventional detector. In this study, a RLS adaptive fuzzy multiuser detector for CDMA systems is proposed. The enhanced detection capabilities enable to increase performance and capacity of CDMA systems. Although, fuzzy systems have widely been used in many applications in control systems recently, the application of fuzzy systems to mobile communications has been limited. In the proposed system, fuzzy adaptive multiuser detectors are constructed as a set of fuzzy IF-THEN rules which change adaptively using LMS and RLS algorithms during a short training period, to minimize the bit error rate. Detection results are compared to the conventional detector and the decorrelating detector. The RLS adaptive fuzzy multiuser detector gives the best BER performance clearly demonstrating the superiority of the proposed system. VI