Kablosuz haberleşme sistemlerinde zeki optimizasyon teknikleri ile tepe gücü/ ortalama güç oranının düşürülmesi
Peak to average power ratio reduction by using intelligent optimisation techniques in wireless communication systems
Yazar: MAHMUT YILDIRIM
Danışman: PROF. DR. NECMİ TAŞPINAR
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2018
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Günümüzde haberleşme çağı yaşanmaktadır. Daha hızlı ve sağlıklı bir veri iletişimi tüm kullanıcıların en önemli isteği haline gelmiştir. Bu isteğin karşılanması amacı ile günümüz kablosuz haberleşme sistemleri, çok taşıyıcılı modülasyon (MCM) tekniği üzerine geliştirilmektedir. Bununla birlikte, MCM tekniğini kullanan sistemlerin performanslarını olumsuz etkileyen en büyük etkenlerden birisi, işaretlerinin yüksek tepe gücü ortalama güç oranı (PAPR) değerine sahip olmasıdır. Yüksek PAPR değeri, yüksek güç kuvvetlendirici (HPA), sayısal-analog çevirici (DAC) ve analog-sayısal çevirici (ADC) gibi doğrusal olmayan elemanların kullanılmasından dolayı işaretlerin bozulmalarına diğer bir deyişle bilgi kayıplarına neden olmaktadır. PAPR değerini düşürmek için literatürde en çok ilgi çeken yöntemler, zeki optimizasyon tekniklerinin de uygulanabildiği seçici eşleme (SLM), kısmi iletim dizisi (PTS) ve ton ekleme (TI) klasik yöntemleridir.
Bu tez çalışmasında, PAPR düşürülmesi amacıyla kablosuz haberleşme sistemlerinden günümüzde sıklıkla kullanılan dikgen frekans bölmeli çoğullama (OFDM), çok girişli çok çıkışlı OFDM (MIMO-OFDM) sistemleri ve sahip olduğu esnek tasarım özelliklerinden dolayı gelecek haberleşme sistemlerinde kullanılma potansiyeli olan dalgacık tabanlı OFDM (WOFDM) sistemi tercih edilmiştir. SLM, PTS ve TI yöntemleri her üç haberleşme sistemi için de kullanılarak, PAPR düşürme işlemi gerçekleştirilmiştir. Daha verimli bir PAPR düşürme elde edilmesi amacıyla zeki optimizasyon tekniklerinden yapay arı kolonisi (ABC), paralel ABC, tabu araştırma (TS), paralel (TS), karınca koloni optimizasyonu (ACO) ve paralel ACO algoritmaları klasik yöntemlerle birlikte kullanılmıştır. 
Bu tez çalışması kapsamında, zeki optimizasyon tekniklerinin PAPR düşürülmesinde kullanılmasıyla birlikte; aşağıda sıralanan dört temel performans değerlendirme kriterinde önemli kazançlar sağlanmıştır. Bunlar: SLM, PTS ve TI yöntemlerinin hesaplama karmaşıklıklarının azaltılması, PAPR düşürme performansının artırılması, işaretlerin bant dışı spektral yayılmalarının azaltması ve sistemlerin bit hata oranında (BER) iyileşmeler sağlanmasıdır.

Abstract:
Today we live the communication age. Faster and healthier data communication has become the most important request of all users. To meet this demand, today's wireless communication systems are being developed on multi-carrier modulation (MCM) technology. However, one of the major factors that negatively affects the performance of systems using MCM technology is that the signals have high peak power mean power ratio (PAPR). High PAPR values cause signal distortion in other words information losses due to the use of nonlinear elements such as high power amplifier (HPA), digital-to-analog converter (DAC) and analog-to-digital converter (ADC). The most interesting classical methods in the literature to reduce the PAPR value are selective mapping (SLM), partial transmission sequence (PTS) and tone injection (TI) methods, which can also be applied to intelligent optimization techniques.
In this thesis, orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) and multiple-input multiple-output OFDM (MIMO-OFDM), which are frequently used in today's wireless communication systems, and with a potential for use in future communication systems due to the flexible design features wavelet based OFDM (WOFDM) system are preferred for reducing the PAPR. SLM, PTS and TI methods were also used for all three communication systems, for PAPR reduction. In order to obtain a more efficient PAPR reduction, artificial bee colony (ABC), parallel ABC, tabu search (TS), parallel (TS), ant colony optimization (ACO) and parallel ACO algorithms were used together with classical methods as intelligent optimization techniques.
Within the scope of this thesis, with the use of intelligent optimization techniques for reducing PAPR, significant gains have been achieved in the following four main performance evaluation criteria. These include: reducing computational complexities of the SLM, PTS and TI methods, improving PAPR reduction performance, reducing out-of-band spectral spreading of the signals, and improving bit error rate (BER) of the systems.