OFDM sistemlerinde başlangıç eki tabanlı sembol zamanlama algoritmaları
Preamble-based symbol timing algorithms in OFDM systems
Yazar: KEMAL YAĞLI
Danışman: DOÇ. DR. SULTAN ALDIRMAZ ÇOLAK
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Dikgen frekans bölüşümlü çoğullama (orthogonal frequency division multiplexing, 
OFDM) uzun vadeli evrim (long term evolution, LTE) ve kablosuz yerel alan ağları 
(wireless local area network, WLAN) standartlarında kullanılan verimli bir haberleşme 
sistemidir. Haberleşme sisteminde vericiden gönderilen sinyal, alıcı tarafa verici-alıcı 
arasındaki mesafeye bağlı olarak belirli bir gecikme ve zayıflama ile gelmektedir. 
Bununla beraber verici iletim yaparken, alıcı herhangi bir zamanda açılmış olabilir ve 
almış olduğu veriyi demodüle edebilmek için paket başlangıcını bilmesi gerekmektedir.
Bu nedenle, OFDM sistemlerinde sembol başlangıç noktasının doğru bir şekilde 
bulunabilmesi için OFDM çerçevesine bir başlangıç eki yerleştirilmektedir. Alıcıda 
başlangıç ekinin periyodik özelliklerinden yararlanan ilinti tabanlı bir zamanlama metriği 
kullanılarak sembol başlangıç noktası belirlenmektedir. Bu tez çalışması kapsamında,
OFDM sistemleri için başlangıç eki tabanlı sembol zamanlama algoritmaları 
incelenmiştir. Ayrıca, ideal ilinti özelliklerine sahip sabit genlik sıfır öz ilinti (constant 
amplitude zero autocorrelation, CAZAC) dizisini kullanan yeni bir başlangıç eki yapısı 
önerilmektedir. Zamanlama algoritmalarının başarımları, önerilen başlangıç ekini içeren 
yöntem ile ortalama karesel hata (mean square error, MSE) cinsinden karşılaştırılmıştır. 
Benzetimler toplanır beyaz Gauss gürültüsü (additive white Gaussian noise, AWGN) ve 
Rayleigh çok yollu sönümlemeli kanal koşullarında yapılmıştır. Genel olarak yöntemlerin 
AWGN kanal için tatmin edici bir performans sergilediği, ancak çok yollu sönümlemeli 
kanala karşı daha duyarlı oldukları gözlemlenmiştir. Benzetim sonuçları, önerilen 
yöntemin mevcut yöntemlerle karşılaştırıldığında özellikle çok yollu sönümlemeli kanal 
koşullarında daha iyi MSE performansı sağladığını göstermektedir. Çünkü önerilen 
yöntemin başlangıç eki yapısında kullanılan CAZAC dizisi, ideal özellikleri sayesinde 
alıcıda zamanlama metriğinde yapılan ilinti işlemleri sonucunda daha başarılı bir 
zamanlama senkronizasyonu yapılmasını sağlamaktadır.

Abstract:
Orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) is an efficient communication 
system used in long term evolution (LTE) and wireless local area network (WLAN) 
standards. In the communication system, the signal sent from the transmitter arrives at 
the receiver with a certain delay and fading depending on the distance between the 
transmitter and the receiver. However, while the transmitter is transmitting a signal, the 
receiver can be switched on at any time and needs to estimate the beginning of the packet 
in order to demodulate the received data. Hence in OFDM systems, a preamble is added 
in OFDM frame in order to find the correct symbol starting point. In the receiver, the 
symbol starting point is estimated by a correlation-based timing metric that uses the 
periodic properties of the preamble. Within the scope of this thesis, preamble-based 
symbol timing algorithms for OFDM systems are investigated. Moreover, a novel 
preamble structure using the constant amplitude zero autocorrelation (CAZAC) sequence 
is proposed. The performance of the timing synchronization algorithms has been 
compared with the proposed method in terms of mean squared error (MSE). The 
simulations are performed under additive white Gaussian noise (AWGN) and Rayleigh 
multipath fading channels. In general, it has been observed that the methods perform 
satisfactorily for the AWGN channel, but they are more sensitive to the multipath fading 
channel. The simulation results indicate that the proposed method provides better timing 
MSE performance compared to existing methods, especially in multipath fading channel 
conditions. Because the CAZAC sequence, which is used in the preamble structure of the 
proposed method, provides more successful timing synchronization as a result of 
correlation operations performed in the timing metric at the receiver, thanks to its ideal 
properties.