Gelecek nesil mobil iletişim sistemlerinde pilot kirliliğinin azaltılmasında karınca kolonisi optimizasyonu ile verimli pilot atama yaklaşımı
Effective pilot assignment approach with ant colony optimization for pilot contamination mitigation in next generation mobile communication systems
Yazar: ABDULKADİR YAYILKAN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ SELMAN KULAÇ
Düzce Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Gelecek nesil mobil iletişim sistemlerinden, gecikmeyi azaltma, veri hızını arttırma, enerji tasarrufu sağlama, maliyeti düşürme ve spektrum verimliliği gibi konularda iyileştirmeler yapılması beklenmektedir. Çok sayıda antene sahip Büyük Ölçek Çok Girişli Çok Çıkışlı sistemleri kullanmanın getireceği avantajlar olmasına rağmen bazı zorluklar da karşımıza çıkmaktadır. Bu zorluklardan biri de pilot kirliliğidir. Yukarı bağlantı iletimi esnasında her bir kullanıcı baz istasyonuna τ uzunluğunda pilot dizileri gönderir. Sistem terminal sayısıyla orantılı olan bu büyük uzunluktaki ortogonal pilot dizileri kanal tutarlılık aralığı nedeniyle veri hızını etkiler. Daha fazla terminale hizmet vermek ve sistemin verimliliğini arttırmak için pilot dizilerinin tekrar kullanılması gereklidir. Sınırlı bant genişliği ve zaman tutarlılık aralığı gibi kısıtlar nedeniyle sınırsız sayıda pilot dizileri atamaları gerçekleştirilememektedir. Aynı pilot dizilerini kullanan kullanıcıların gönderdiği sinyaller birbiriyle ortogonallik özelliği göstermemesinden dolayı sistemde pilot kirliliği oluşmaktadır. Bu tez çalışmasında öncelikle pilot kirliliği etkisinin giderilmesine yönelik pilot atama çalışmaları incelenmiştir. Pilot atama yöntemleri özenle seçilmiş kullanıcı gruplarına farklı pilot dizileri atamayı temel alarak koordine edilir. Bazı çalışmalarda hücreler merkez ve kenar olarak ikiye ayrılırken bazılarında sistemdeki yüksek ve düşük girişim yapan kullanıcılara göre ayrı atamalar gerçekleştirilmiştir. Bu çalışmada diğer çalışmalardan farklı olarak pilot tahsisi yapılırken meta sezgisel bir optimizasyon yöntemi kullanılmıştır. Karınca kolonisi optimizasyonu ile pilot kirliliği probleminin azaltılması için uygun görülen benzetim programı ile başarım değerlendirmesi yapılmış ve diğer kıyası yapılan yöntemlere nazaran daha iyi sistem başarımı elde edildiği gözlemlenmiştir.

Abstract:
Next generation mobile communication systems, improvements are expected to reduce latency, increase data rate, save energy, reduce costs, and spectrum efficiency. Although there are advantages of using Massive Multiple Input Multiple Output systems with many antennas, we meet some difficulties. One of these difficulties is pilot contamination. During uplink transmission, each user transmits pilot sequences of length τ to the base station. These large length orthogonal pilot sequences, which are proportional to the number of system terminals, affect the data rate due to the channel coherence interval. It is necessary to reuse the pilot sequences to serve more terminals and increase the efficiency of the system. Since there are limitations such as a limited bandwidth and coherence time, an unlimited number of pilot sequence assignments cannot be performed. Pilot contamination occurs in the system since the signal transmitted by the users using the same pilot sequences do not show orthogonality with each other. In this thesis, pilot assignment studies aimed at eliminating the effects of pilot contamination are examined. Pilot assignment methods are used as some coordinated methods based on assigning different pilot sequences to carefully selected user groups. In some studies, the cells were divided into two sides as center and edge, while in others, assignments were made separately considering the high and low interference users in the system. In this study, unlike other studies, the meta heuristic optimization method has been used for pilot assignment. In order to mitigate pilot contamination problem by using ant colony optimization, performance evaluation has been performance with the simulation program deemed appropriate and better system performance has been obtained compared to other comparable methods.