Zamanla-değişen ve frekans-seçicili sönümlü DD-KBÇE kanallarında doğrusal en az bit-hata-oranlı çok kullanıcılı sezici
Minimum bit-error-rate linear multiuser detector for time-varying and frequency-selective fading DS-CDMA
Yazar: MEHMET ZEYBEK
Danışman: YRD. DOÇ. DR. ÖZGÜR ERTUĞ
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2013
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Sayısal haberleşme =

Özet:
Doğrudan Dizili - Kod Bölmeli Çoklu Erişim (DD-KBÇE) sistemlerinin kapasitesi çoklu erişim gürültüsü (ÇEG) ile sınırlıdır. IS-95 standardına dayanan günümüz DD-KBÇE sistemleri uyumlu filtre sezicileri kullanır ve bu da sistemi aynı anda kullanabilecek kullanıcı sayısını olumsuz yönde etkiler. Ortamdaki kullanıcı sayısının artmasıyla, sistemin bit-hata-oranı (BHO) performansı olumsuz yönde etkilenir. 
Bu tez çalışmasında, zamanla-değişen ve frekans-seçicili sönümlü DD-KBÇE kanalları için BHO'nı en aza indiren çok kullanıcılı sezici yapısı sunulmuştur. Bu seziciye ait BHO maliyet fonksiyonu yüksek dereceli doğrusal olmayan bir yapıya sahiptir ve birden fazla yerel minimumu olabilir. Yapılan çalışmalar göstermiştir ki; uygun kısıtlayıcılar kullanılarak BHO maliyet fonksiyonu, sadece bir tane minimumu bulunan sınırlı en iyileştirme problemi haline çevrilebilir. Bu amaçla Newton ve altın-oran metotları kullanılarak etkili bir algoritma geliştirilmiş ve bu algoritma ile BHO değerini en aza indirecek filtre katsayı vektörü bulunmuştur. Geliştirilen çok kullanıcılı sezici yapısının BHO performansı diğer doğrusal çok kullanıcılı sezici yapıları olan ilinti çözücü (İÇ) ve en az ortalama karesel hata (EAOKH) sezicilerinin performanslarıyla karşılaştırılmış ve daha üstün performans sergilediği Monte-Carlo benzetim sonuçlarıyla gösterilmiştir.
Geliştirilen algoritma ile en az bit-hata-oranı (EABHO) elde etme işlemi;
? Frekans seçicili sönümlü ve zamanla-değişmeyen ortamda BHO, 
? Frekans seçicili sönümlü ve zamanla-değişen ortamda ortalama BHO, 
durumları için ayrı ayrı ele alınmış ve BHO hesaplamasında kullanılacak formülün, sınırlı en iyileştirme problemi haline çevrilerek bu probleme uygun bir teknik kullanılarak çözülmesi sayesinde elde edilmiştir.
Benzetim sonuçları göstermiştir ki; geliştirilen algoritmanın kullanıldığı çok kullanıcılı sezici yapısı diğer doğrusal sezici yapıları olan EAOKH ve İÇ sezicilerine göre daha iyi BHO performansına sahiptir. Bunun da ötesinde; yüksek sinyal-gürültü oranına (SGO) sahip olduğu durumlarda, optimum çok kullanıcılı sezici yapısı olan en fazla olabilirlik sıralı sezicisine (EFOSS) yakın bir BHO performansına yaklaşmaktadır. Kullanılan yayma kodu çip sayısının artırılması da çok kullanıcılı sezicinin BHO performansını aynı oranda artırmaktadır. Diğer taraftan, ortamdaki kullanıcı sayısının artmasıyla sezicinin BHO performansında düşüşler görülebilmektedir.

Abstract:
The capacity of the Direct Sequence ? Code Division Multiple Access (DS-CDMA) systems is limited by multiple access interference (MAI). Nowadays, the matched filters (MF) are used in the DS-CDMA systems based on IS-95 standard. Therefore it has negative effect on the number of simultaneous users of the systems. The BER performance of the system decreases while the number of active users is increasing.
A minimum bit-error-rate (MBER) multiuser detector (MUD) is considered for DS-CDMA communication systems with time-varying and frequency-selective fading channels. The bit-error-rate (BER) cost function of the proposed MBER MUD is highly non-linear and may have several local minimum. It is shown that with some appropriate constraints the BER cost function of the MBER MUD is equivalent to a constrained optimization problem which has a unique global minimum in the feasible region. An efficient Newton method with a barrier parameter is developed for finding the coefficients of the proposed MBER MUD. The BER performance of the MBER MUD is compared to decorrelating (DEC) detector, linear minimum mean-square error (LMMSE) detector, and the maximum likelihood detector for time varying and Rayleigh distributed frequency-selective fading DS-CDMA channels. Monte-Carlo simulations show that the BER of the MBER MUD can be significantly lower than that of the DEC and the LMMSE multiuser detectors.
Proposed MBER algorithm is used for;
Time-invariant and frequency-selective fading channels (BER),
Time-varying and frequency-selective fading channels (average BER),
channel models. Then, the BER cost function is converted into a constrained optimization problem. The MBER MUD is obtained by solving the constrained optimization problem.
The proposed algorithm minimizes the BER cost function directly subject to the constraint that is a convex set of the feasible region. The Newton's method with a barrier parameter is used to find the filter coefficients of the proposed MBER MUD, which has lower computational complexity than the ML detector. 
The analysis and simulations results confirm that the proposed MBER MUD minimizes the BER cost function and can achieve lower BER than the DEC and the LMMSE detectors in medium or high SNR cases. Furthermore, the MBER MUD has a lower complexity than the maximum-likelihood (ML) multiuser detector but achieves approximately similar BER performance.