Aşırı geniş bantlı iletişim sistemleri için kanal kestirimi
Channel estimation for ultra wideband communication systems
Yazar: MEHMET BAŞARAN
Danışman: PROF. DR. HAKAN ALİ ÇIRPAN ; YRD. DOÇ. DR. SERHAT ERKÜÇÜK
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2011
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Aşırı geniş bantlı (AGB) iletişimde oldukça kısa süreli darbeler iletilir. Bunun sonucu olarak alıcıya gelen darbeler kanalın seyrek yapı göstermesinden dolayı alıcıda bireysel olarak ayrıştırılabilir. Bu özelliğinden ötürü AGB kanal, sıkıştırılmış algılama tabanlı kanal kestirim yöntemi kullanılarak kestirilebilir. Kanal kestiriminin performansı kanalın seyrekliğine bağlıdır. AGB araştırma çevrelerinde AGB kanalların seyrek olduğu kabul edilmektedir ancak yeterince incelenmemiştir. Bu çalışmada sıkıştırılmış algılama tabanlı AGB kanal kestirimi için seyrekliği belirleyen etmenler incelenmiştir. Bu etmenler kullanılan kanal modelleri ve AGB kanal çözünürlüğüdür. Bu amaçla IEEE'nin belirlediği standart 802.15.4a AGB kanal modelleri ve kanal çözünürlüğü seçiminin kanal kestirim performansına ve sistem başarımına olan etkisi araştırılmıştır. Kanal modellerinin etkisine bakıldığında yerleşim alanı çevrede (Kanal Modeli-1: KM1 ve KM2) önemli ölçüde kanal kestirim performansı sağlayarak seyrek bir yapı gösterdiği ancak çoklu yolların yoğun bir şekilde geldiği endüstriyel çevre için (KM8) seyreklik tanımının geçerliliğini yitireceği ve kestirimin kötüleştiği anlaşılmıştır. İletilen darbe süresinin azaltılmasıyla etkin kanalın daha seyrek hale geleceği ve kestirim performansının iyileşeceği gösterilmiştir. Sistem performansı göz önünde bulundurulduğunda kestirilen kanalların pratikte kullanılan seçici-Rake alıcısı ile kullanıldığında hatasız kestirilen bir kanalın performansına yakınsayacağı gözlenmiştir. Özetle bu tezde sıkıştırılmış algılama yönteminin AGB sistemlerde kanal kestirimi için pratik olarak uygulanabileceği koşullar belirlenmiştir.

Abstract:
Ultra short pulses are transmitted in ultra-wideband (UWB) communications. As a result of this, pulses at the receiver can be resolved individually due to the sparse structure of the channel. Due to these properties, the UWB channel can be estimated by using a compressed sensing (CS) based channel estimation method. The performance of channel estimation depends on the sparsity of the channel. In UWB researches it is accepted that UWB channels have a sparse structure, however this property is not investigated. In this work, the factors that determine the sparsity of the channel are examined for the CS based channel estimation. These factors are channel models and the resolution of the UWB channel. Motivated by this, the effect of the standart IEEE 802.15.4a UWB channel models and the resolution of the UWB channel on the channel estimation and system performances are investigated. When the effect of the channel models is evaluated, it is observed that the residental environments (CM1 and CM2) exhibit a sparse structure yielding a reasonable channel estimation performance while channel models for industrial environments (CM8) may not be treated as having a sparse structure due to multipath arriving densely. It is shown that the channel becomes more sparse and the channel estimation performance is improved with increased channel resolution. When the system performance is considered, it is shown that the system performances of practically used selective-Rake receivers with estimated channels are found to be close to the perfect channel estimation case. In summary, in this thesis, the practical implementation conditions for compressed sensing based ultra wideband channel estimation are specified.