Uzamsal sistemlerde darbe şekillendirmenin önemi ve çok girişli çok çıkışlı sistemler için darbe indis modülasyonu tasarımı
The importance of pulse shaping in spatial systems and the design of pulse index modulation for multiple-input multiple-output systems
Yazar: SÜMEYRA GÜNDEM
Danışman: DOÇ. DR. SULTAN ALDIRMAZ ÇOLAK
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Çok-girişli çok-çıkışlı sistemler (multiple-input multiple-output, MIMO), aynı bant genişliğinde daha fazla veri ileterek sistemin izgesel verimliliğini (spektral efficiency, SE) arttırır. Bu sistemlerde, vericideki her bir anten için ayrı radyo frekans (radio frequency, RF) zinciri kullanılmaktadır. Uzamsal modülasyon (spatial modulation, SM) yöntemi, MIMO sistemlerde tek RF zinciri kullanmayı mümkün hale getirir. Bu yöntemde aktif anten seçiminin bir sembol zaman diliminde gerçekleşmesi, bant genişliğinin verimsiz kullanılmasına neden olmaktadır. Bu tez çalışması kapsamında, SM yönteminin bit hata oranı (bit error rate, BER) performansına, darbe şekillendirmede kullanılan filtre parametrelerinin etkisi Monte Carlo benzetimi yoluyla incelenmiştir. Yapılan incelemede darbe şekillendirme için kök yükseltilmiş kosinüs (root raised cosine, RRC) filtresi kullanılmıştır. Filtrenin azalma faktörü arttırıldığında, sistemin BER performansının iyileştiği, filtre yayılımı için ise optimum bir değer belirlenmesi gerektiği tespit edilmiştir. Bunun yanı sıra Hermite-Gauss darbesini kullanarak izgesel verimi arttıran darbe indis modülasyonu (pulse index modulation, PIM) yöntemi, SM yöntemiyle birleştirilerek darbe indis modülasyonu destekli uzamsal modülasyon (pulse index modulation aided spatial modulation, PIM-SM) ve dikgen uzamsal modülasyon (quadrature spatial modulation, QSM) yöntemiyle birleştirilerek darbe indis modülasyonu destekli dikgen uzamsal modülasyon (pulse index modulation aided quadrature spatial modulation, PIM-QSM) yöntemleri önerilmiştir. Önerilen yöntemlerde bilgi bitleri yalnızca sembollere değil, aktif antenin ve Hermite-Gauss darbesinin indislerine de eşlenerek, SE arttırılmaktadır. Bu yöntemlerin BER cinsinden performans analizi, Rayleigh sönümlemeli kanalda yapılmıştır. Alıcıda ve vericide farklı anten konfigürasyonlarında elde edilen benzetim sonuçları, benzeri uzamsal modülasyon yöntemlerine göre önerilen yöntemlerin daha iyi BER performansına ve önemli sinyal gürültü oranı (signal to noise ratio, SNR) kazancına sahip olduğunu göstermektedir.

Abstract:
Multiple-input multiple-output (MIMO) systems enhance the spectral efficiency (SE) of a system by transmitting more data within the same bandwidth. In these systems, a separate radio frequency (RF) chain is used for each antenna at the transmitter. The spatial modulation (SM) method enables the use of a single RF chain in MIMO systems. In this method, the selection of the active antenna within a symbol time leads to inefficient use of bandwidth. In this thesis, the effect of filter parameters used in pulse shaping on the bit error rate (BER) performance of the SM method has been investigated through Monte Carlo simulation. In the study, a root raised cosine (RRC) filter was used for pulse shaping. It was determined that when the roll-off factor of the filter is increased, the BER performance of the system improves, and an optimum value must be determined for the filter's span. Additionally, the method of pulse index modulation (PIM), which enhances spectral efficiency through the use of a Hermite-Gauss pulse, has been merged with the SM technique to propose pulse index modulation aided spatial modulation (PIM-SM). Furthermore, it has been merged with the quadrature spatial modulation (QSM) technique to propose the method of pulse index modulation aided quadrature spatial modulation (PIM-QSM). In the proposed methods, information bits are mapped not only to symbols but also to the indices of the active antenna and Hermite-Gauss pulse, thereby increasing SE. The performance analysis of these methods in terms of BER was conducted in a Rayleigh fading channel. Simulation results obtained with different antenna configurations at the receiver and transmitter indicate that the proposed methods offer better BER performance and significant signal to noise ratio (SNR) gains compared to similar spatial modulation methods.