MIMO ağlarında uzamsal kipleme ve anten seçimi yöntemlerinin karşılaştırılması
Comparison of spatial modulation and antenna selection in MIMO networks
Yazar: MERVE SEFUNÇ
Danışman: DOÇ. DR. EMRE AKTAŞ
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2014
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Uzamsal kipleme, MIMO kablosuz haberleşmede gelişmekte olan bir kavramdır. Burada
birçok verici anten arasından sadece bir verici anten gönderme için belirlenir. Bütün
verici antenlerin eşzamanlı olarak etkin olduğu tam MIMO ile karşılaştırıldığında;
uzamsal kipleme alıcıda indirgenmiş sinyal işleme karmaşıklığından faydalanır, verici
antenler arasında eşzamanlamaya gerek duymaz, vericide tek bir radyo frekansı devre
zinciri gerektirir ve vericide doğrusallık kısıtlamalarından dolayı güç verimsiz olan güç
yükselteçlerinden, verici gücünün büyük çoğunluğunu harcayan tek bir tanesini kullanmayı
gerektirir. Bu avantajlardan faydalanan bir diğer yaklaşım ise ileri yönde kanal
durumuna dayanarak tek bir verici anteninin seçildiği anten seçimi yöntemidir. Anten
seçimi, anten indeksi herhangi bir bilgi taşımadığından uzamsal kiplemenin çoklama
kazancına sahip değildir; uzamsal kiplemenin de verici çeşitliliğinden faydalanamadığı
gözlenmiştir. Bu tezde, spektral verimlilik üzerine odaklanarak uzamsal kipleme ve anten
seçimi yaklaşımları karşılaştırılmıştır. Spektral verimlilik ölçütü olarak yavaş değişen
kanallarda kesinti olasılığı ve kesinti kapasitesi düşünülmüştür. Uzamsal kipleme ve anten
seçimi için kesinti olasılığı ve kesinti kapasitesi türetilmiş, kesinti ve erişilebilir veri
hızı sonuçları nümerik olarak karşılaştırılmıştır. Erişilebilir veri hızı için kısıtlı ayrık girdi
ve Gauss girdiler düşünülmüştür. Az sayıda alıcı anten olması durumunda anten seçiminin
uzamsal kipleme üzerine avantajlı olduğu fakat fazla sayıda alıcı anten ve daha büyük sinyal gürültü oranları için uzamsal kiplemenin daha büyük kapasiteye sahip olduğu gözlenmiştir.

Abstract:
An emerging concept in multiple input multiple output (MIMO) wireless communications
is spatial modulation (SM), where only a single transmit antenna among many transmit
antennas is utilized for transmission. Compared to full MIMO where all transmit
antennas are active concurrently, SM enjoys reduced signal processing complexity at
the receiver, requires no synchronization among the transmit antennas, requires only
a single radio frequency circuit chain at the transmitter, and only a single power amplifier
at the transmitter, which consume majority of the transmit power, and are power
inefficient due to linearity constraints. Another approach which enjoys these benefits is
antenna selection (AS), where the transmit antenna is chosen based on the forward
channel state. AS does not have the multiplexing gain of SM since the antenna index
does not convey any information, whereas it has been observed that SM cannot exploit
the transmit diversity. In this thesis, the SM and AS approaches are compared, where
the focus is on the spectral efficiency. Outage probability and outage capacity for slowly
varying channels is considered as a metric of spectral efficiency. Outage probability and
outage capacity of the SM and AS systems are derived, and the outage and achievable
rate results are compared numerically. Both constrained discrete inputs and Gaussian
inputs are considered for the achievable rate. It is observed that for small number of
receive antennas, AS tend to have an advantage over SM, whereas for larger number of receive antennas and larger signal to noise ratios, SM has larger capacity.