Yeni nesil kablosuz haberleşme sistemleri için ileri sinyal işleme algoritmaları
Advanced signal processing algorithms for new generation wireless communication systems
Yazar: ARSHAD SALIH
Danışman: YRD. DOÇ. DR. HAKAN DOĞAN
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektrik Elektronik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2011
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Yeni nesil kablosuz haberleşme sistemlerindeki veri hızındaki artış talebi sürekli devam etmektedir. Bu talebi karşılamaktaki en önemli problemlerden biri kanalda meydana gelen derin sönümleme etkisidir. Kanalda meydana gelen sönümlemenin etkisini azaltmanın en iyi yollarından biri çeşitleme tekniklerinden yararlanmaktır. Uzay Zaman Blok Kodları (STBC: Space Time Block Code) sayısal modülasyonlu işaretleri alıcıda ve/veya vericide birden fazla anten kullanarak uzayda çeşitlilik, farklı zaman aralıklarında göndererek zamanda çeşitlilik sağlayan diklik özelliğine sahip kodlardır. Bant genişliğinden taviz vermeksizin kodlanan işaretler çeşitleme sayesinde bağımsız kanallardan birinde derin sönümlemeye maruz kalsa bile diğer kanaldan alıcıya ulaşarak sistemin başarımını arttırmaktadır. Ancak bu kodlar düz sönümlemeli kanallar için tasarlanmıştır. Kodların frekans seçici kanallarda çalışabilmesi için Dikgen Frekans Bölmeli Çoğullama (OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing) sistemleri ile birleştirilmesi öngörülmüştür. Böylece oluşan tümleşik sistem kablosuz haberleşme kanallarında meydana gelen semboller arası karışımı (ISI: Inter symbol interference) engelleyebilmekte ve alıcıda basit şekilde denkleştirilebilmektedir. Son dönemde ise bu sistemlerin aynı anda birden çok kullanıcıya hizmet verebilmesi için Kod Bölmeli Çoklu Erişim (CDMA: Code Division Multiple Access) yöntemiyle birleştirilmiştir. Literatürde OFDM ve CDMA sistemlerinin birleşimi çok taşıyıcılı (MC: Multi carrier) CDMA olarak bilindiği için oluşan tümleşik sistem STBC-MC-CDMA olarak isimlendirilmiştir. Ancak oluşan sistemde gönderilmiş veri dizisinin sezilebilmesi için alıcıda kanal frekans cevabına ihtiyaç duyulmaktadır.STBC-MC-CDMA sistemleri için önerilecek kanal kestirim yöntemleri yeni nesil kablosuz haberleşme sistemleri için oldukça önemlidir. Bu sebeple, yapılması planlanan tezde STBC-MC-CDMA sistemleri için yeni kanal kestirim yöntemleri önerilecektir.Beklenti en büyükleme algoritması (EM: Expectation Maximization) direk hesaplaması oldukça zor olan en büyük olabilirlikli (ML: Maximum Likelihood) kestirimciye yakınsayan ve paralel şekilde çalışan yinelemeli bir algoritmadır. Literatürde EM algoritması, kanal kestirimi için çeşitli haberleşme sistemlerine uygulanmıştır. Algoritma, beklenti adımı ve en büyükleme adımı olmak üzere iki aşamadan oluşmaktadır. Ancak algoritmanın uygulanması için sinyal modelinin uygun hale getirilmesi gerekmektedir.Tez kapsamında, 2 verici 1 alıcı sistemler için tasarlanmış STBC kodu ile MC-CDMA sistemleri birleştirilerek yukarı hat (uplink) için sinyal modeli oluşturulacak ve EM algoritmasıyla kanal kestirim algoritması uygulanacaktır. Elde edilen kanal kestirimcinin ortalama karesel hata (MSE: Mean Square Error) başarımı COST 207 projesi dâhilinde önerilmiş şehir içi tipik (TU: Typical Urban) kanallarda incelenecektir.

Abstract:
The increasing demand is gradually continuing for the data rate in the new generation wireless communication systems. One of the most important problems to meet this demand is the deep-fading effect of occurring in the channel. One of the best ways to reduce the effect of occurring in the channel fading is taking advantage of diversity techniques. Space Time Block Codes (STBC) digitally modulated signals are on the receiver and / or the transmitter by using multiple antennas in space diversity, the diversity of the different time intervals by sending codes that are capable of providing orthogonality. Independent channels with diversity without compromising bandwidth signals encoded in one of the other channel to the recipient even if the exposure to the deep reaches of the system fading performance increases.However, these codes are designed for the flat fading channels. The codes have been envisaged to be combined with the Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) systems to work at frequency selective channels. Thus, these integrated system can obstruct to Inter Symbol Interference (ISI) that occuring at wireless communication channels and it can balance at receiver by simply.Recently, these systems are combined with Code Division Multiple Access (CDMA) method to serve multiple users at the same time.In the literature, the combination of OFDM and CDMA systems is known as multiple carrier (MC) so these integrated system is called as STBC-MC-CDMA. However, for detected of sending data series that is needed to channel frequency response at the receiver of system. Channel estimation methods proposed for STBC-MC-CDMA systems are very important for the new generation wireless communication systems. For this reason, new channel estimation methods will be proposed for STBC-MC-CDMA systems in the planned thesis.Expectation maximization algorithm (EM) converges to maximum likelihood (ML) estimation that is very difficult to directly calculate , and an iterative algorithm running in parallel.In the literature, EM algorithm is applied to various communication systems for channel estimation. Algorithm consists of two phases that are the expectation step and maximization step. However, for the implementation of the algorithm the suitable signal model needs to be brought.In scope of this thesis, MC-CDMA systems code combining with STBC which is designed for two transmitter and one receiver systems, will be created the signal model for uplink and implemented the channel estimation with EM algorithm. The final channel observer?s achievement of mean square error (MSE) will be examined at typical urban (TU) channel within the proposed project of the COST 207.