Uzay-polarizasyon çeşitlemeli akıllı anten sistemlerinin rayleigh sönümlü kanallardaki başarımı
The performance of space-polarization smart antenna systems in rayleigh fading channels
Yazar: ŞEVKET GÖĞÜSDERE
Danışman: YRD. DOÇ. DR. HAYDAR KAYA
Karadeniz Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2006
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Yüksek veri hızlı gezgin iletişim sistemlerinin iletim kapasitesini olumsuz yöndeetkileyen en önemli faktörler, sönümlenme, semboller arası girişim ve ortak kanalgirişimleridir. Uzay-Zaman alıcı sistemleri, kanaldaki bu olumsuzluklardan dolayıetkilenmiş işareti, hem uzamsal hem de zamansal bölgede işleyerek sistem başarımınıönemli ölçüde iyileştirir. Uzamsal bölgede en uygun toplama ve anten dizi çeşitlemesi,sönümlenme ve ortak kanal girişimlerine karşı en etkili yöntemlerdir. Uzamsalçeşitlemeden önemli ölçüde sistem kazancı elde etmek için anten elemanları arasındakimesafenin nispeten çok fazla olması gerekir. Fakat mekân sıkıntısının olduğu ortamlardaistenilen geniş açıklığa sahip çok anten elemanlı verici/alıcı tasarlamak oldukça zordur.Sınırlı ortamlarda gerekli anten açıklığı sağlanamadığından dolayı yüksek sistem kazancısunan anten dizisinin oluşturulması çoğu kez mümkün olmaz. Böyle bir durumdapolarizasyon çeşitleme uzamsal çeşitlemeye alternatif olarak görülebilir. Gelen dalgalarınfarklı polarizasyon durumundan faydalanarak uzay-polarizasyon akıllı anten sistemleri,sönümlenme ve girişimlere karşı etkin bir çözüm olacaktır.Sönümlü kanallarda, uzay-polarizasyon çeşitleme ve en uygun toplama sistemlerininbaşarımını gerçeğe yakın bir şekilde analiz etmek için uygun bir kanal modeli oluşturmakgerekir. Bu çalışmada, gelen dalgaların açısal dağılımlarının, polarizasyon bileşenleriarasındaki güç oranının ve antenin elektriksel alan ışıma örüntülerinin hesaba katıldığı, biruzay-polarizasyon kanal modeli geliştirilmiştir. Geliştirilen bu kanal modelinde çaprazdipol antenler arasındaki ilintinin ve anten dalları arasındaki güç oranının değişimi analitikolarak incelenmiştir. Bu bilgiler ışığında, farklı kanal koşulları için çapraz dipollerdenoluşan doğrusal ve dairesel dizilimli uzay-polarizasyon akıllı anten sistemlerininbaşarımını ayrıntılı bir şekilde inceleyen bir çalışma sunulmuştur.

Abstract:
Three major impairments reducing transmission capacity of high-data rate mobilewireless communication systems are multipath fading, inter-symbol interference and co-channel interference. Space-time receivers can significantly improve the link performanceby processing the distorted signals in both spatial and temporal domain. In the spatialdomain, diversity and optimum combining using antenna arrays are the most effectivemethods to combat the fading and the co-channel interference. To obtain substantialsystem gain from spatial diversity in fading environments, the antenna elements must beplaced quite far apart form each other. However, it is rather difficult to install an antennaarray in a limited space available at the base station and then the antenna elements placedcloser to each other make it impossible to obtain relatively high system gain. In such a case,the polarization diversity may well be considered as an alternative to spatial diversity. Aspatial-polarization smart antenna utilizing channel?s depolarization phenomena in a morecompact size will be an effective solution against multipath fading and interference.For the spatial-polarization diversity and optimum combining schemes to beaccurately investigated, it is certainly required to design a corresponding channel modelinvolving depolarization phenomena. This study designs a spatial-polarization channelmodel where angular spreads, the cross-polarization ratio are involved. The thesis alsodevelops a closed mathematical framework to analyze the cross-correlation and branchpower ratio of dual polarized antennas in the fading channels. In the light of theinformation provided, a comprehensive performance study of linear and circular spatial-polarization smart antenna array is presented.