Çok kullanıcılı çok antenli telsiz haberleşme sistemlerinin uygulamaları
Multi user multi antenna applications of radio communication systems
Yazar: LÜTFULLAH ÖZKAN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ SALİHA BÜYÜKÇORAK EDİBALİ
Gebze Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Dik olmayan çoklu erişim (NOMA), sınırlı kaynakların eş kullanımı ile yüksek spektrum verimliliği sağlayan çoklu radyo erişim teknolojisi olup beşinci nesil ve ötesi (5G+) telsiz haberleşme sistemleri için oldukça önem arz etmektedir. Bu yaklaşım ile çoklu kullanıcılara ait sinyaller, alıcılarda bir miktar girişimin olmasına izin verilerek, aynı zaman, frekans ve ortamda iletilmektedir. NOMA kod temelli ve güç temelli olarak ikiye ayrılmaktadır. Güç temelli NOMA'da kullanıcılara kanal kazançlarıyla ters orantılı farklı güç katsayıları tahsis edilmektedir. Pratik uygulamalara rahat entegre edilebilir olduğu için bu tez kapsamında güç temelli NOMA dikkate alınmaktadır.
Çok antenli sistemler (MIMO), verici ve alıcı arasında mesaj sinyalinin bağımsız kopyalarının oluşturulmasını ve anten çeşitlemesi teknikleri ile telsiz kanaldaki sönümlemenin bozuculuğunu bertaraf ederek sistemin iletim hızı ve hata olasılığı gibi önemli performans ölçütlerinde ciddi iyileşmeler sağlamaktadır.
Literatürde NOMA ile ilgili birçok teorik çalışma olmasına rağmen, gerçek zamanlı uygulamalar oldukça sınırlıdır. Buradan hareketle, bu tez çalışmasında yazılım tabanlı radyo platformu ile gerçek zamanlı aşağı hat tek atlamalı üç kullanıcılı 2x2 MIMO NOMA sistemi tasarlanmıştır. Sistemin vericisinde kanal durum bilgisi gerektirmeyen Alamouti, alıcısında optimum performansı sağlayan maksimum oranlı birleştirme çeşitleme teknikleri kullanılmaktadır. Bu sistem güç temelli NOMA ile çoklandığından, vericide süperpozisyon kodlama tekniğine göre kullanıcılara ait mesaj sinyallerinin kanal kazançlarına uygun olacak şekilde güç katsayılarıyla çarpılıp toplanmakta ve alıcıda kullanıcılar tarafından alınan sinyaller ardışık girişim iptali tekniği ile geri elde edilmektedir. Devamında, sistemin performansı bit hata oranı ve kesinti olasılığı parametrelerine göre test edilmektedir.

Abstract:
Non-orthogonal multiple access (NOMA) is multiple radio access technology that provides high spectrum efficiency with simultaneous use of limited resources, and is very important for fifth-generation and beyond (5G+) wireless communication systems. With this approach, signals belonging to multiple users are transmitted at same time, frequency and environment, allowing some interference at receivers. NOMA is divided into code-based and power-based. In power-based NOMA, users are allocated different power coefficients inversely proportional to their channel gains. Power-based NOMA is considered in this thesis, as it can be easily integrated into practical applications.
Multi-antenna systems (MIMO) provide significant improvements in important performance criteria such as transmission rate and error probability of system by creating independent copies of message signal between transmitter and receiver and by eliminating distortion of fading in wireless channel with antenna diversity techniques.
Although there are many theoretical studies on NOMA in literature, real-time applications are quite limited. Thus, in this thesis, real-time downlink single-hop three-user 2x2 MIMO NOMA system with software-defined radio platform is designed. Alamouti, which doesn't require channel state information on transmitter of system, and maximum ratio combining diversity techniques that provide optimum performance on receiver are used. Since this system is multiplexed with power-based NOMA, according to superposition coding technique at transmitter, message signals of users are multiplied and summed with power coefficients by channel gains, and signals received by users at receiver are recovered by successive interference cancellation technique. Subsequently, performance of system is tested according to bit error rate and outage probability parameters.