Telsiz iletişim sistemleri için bileşen serpiştirmeli işbirlikli çeşitleme teknikleri
Coordinate interleaved cooperative diversity techniques for wireless communication systems
Yazar: ÖZGÜR ORUÇ
Danışman: PROF. DR. ÜMİT AYGÖLÜ
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Telekomünikasyon Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2009
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Bu tezde, telsiz iletişim sistemlerinde modülasyon çeşitlemesi ve işbirlikli çeşitleme yöntemlerini, her iki yöntemin sisteme sağladığı kazançlardan kayıp vermeden birlikte kullanabilen kodlamalı işbirlikli yapıların tasarlanması amaçlanmıştır. İlk olarak, kodlamalı işbirlikli sistemler için bileşen serpiştirmeli kafes kodların kullanımı düşünülmüştür. Kullanıcıların işbirliği durumlarını bilip bilmemesine bağlı olarak iki seçimli işbirliği yöntemi önerilmiştir. Önerilen işbirlikli sistemlerin hata başarımlarını eniyileyecek kod tasarım ölçütleri çiftsel hata olasılığı üst sınırları analitik olarak elde edilerek belirlenmiştir. Önerilen ölçütlere dayanarak bilgisayar destekli kafes kod arama yöntemleri ile yeni 4, 8 ve 16-durumlu 4PSK ve 8 ve 16-durumlu 8PSK işbirlikli kafes kodlar tasarlanmıştır. Yeni kodların hata başarımları incelenerek kod tasarım ölçütlerinin ve seçimli işbirliği yöntemlerinin değerlendirmesi yapılmıştır. Ek olarak, önerilen sistemler için bit hata olasılıklarının üst sınırları birleşim üst sınır tekniğiyle elde edilmiş, benzetim sonuçlarıyla tutarlılığı gösterilmiştir. İkinci olarak, bileşenleri serpiştirilmiş simgeleri içeren Alamouti uzay-zaman blok kodunun kullanıcılara dağıtılarak hedef alıcıya işbirlikli olarak iletilmesi önerilmiştir. Hedef alıcıda elde edilen çeşitleme derecesinin bileşen serpiştirmesiz duruma göre iki kat arttırılabileceği analitik çıkarımlar ve bilgisayar benzetimleri ile gösterilmiştir. Son olarak, önerilen blok kodlamalı işbirlikli sistemde düşük işaret-gürültü oranlı kullanıcılararası kanalın başarımının genel başarımı düşürmemesi için analitik simge hata olasılıklarına dayanan seçimli işbirliği yöntemi önerilmiştir. Seçimli işbirliği ile kullanıcılararası kanalda hatasız işbirliği yapılması durumuna oldukça yakın bir başarım elde edilmiştir.

Abstract:
This thesis proposes new coded cooperation schemes which properly combine cooperative and modulation diversity techniques to take their full advantage in wireless communication systems. First, coordinate interleaved trellis codes are considered to be used in coded cooperation technique. Two selective cooperation schemes are proposed related to whether users know the cooperation case or not. Code design criteria, which minimize the error performances of the proposed cooperative systems, are obtained from the analytically derived pairwise error probability upper bounds. New 4-, 8-, 16-state 4PSK and 8-, 16-state 8PSK cooperative trellis codes are designed by exhaustive computer search using proposed code design criteria. Code design criteria and selective cooperation schemes are evaluated by the error performances of the new codes obtained from computer simulations. Moreover, upper bounds on the bit error probabilities of the new systems, obtained using union bounding technique, support the computer simulation results. Secondly, a new user cooperation scheme including Alamouti's space-time block code with coordinate interleaved symbols is proposed. It is shown by analytically derivations and computer simulations that the diversity order obtained at the destination is doubled with respect to the equivalent system without coordinate interleaving. Finally, a selective cooperation approach based on analytical symbol error probability derivations is proposed to prevent detrimental effect of the interuser channel with low SNR. The error performance for selective cooperation case is too close to that of the perfect cooperation case.