Kablosuz algılayıcı ağlar için kanal modelleme ve kestirimi
Channel modeling and estimation for wireless sensor array networks
Yazar: SERHAT KARAP
Danışman: PROF. DR. AYDIN AKAN
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2009
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Kablosuz ağlar = Wireless networks ; Kanal kestirimi = Channel estimation ; Kod bölmeli çoklu erişim = Code division multiple access ; Sensörler = Sensors ; Çok taşıyıcılı modülasyon = Multicarrier modulation

Özet:
Gelişen teknolojiyle birlikte küçük boyutlarda, düşük güç tüketen, çok fonksiyonlu algılayıcı elemanlar tasarlanabilmektedir. Bu elemanlar; algılama, veri işleme ve kendi aralarında haberleşme yaparak Kablosuz Algılayıcı Ağları'nın gerçekleştirilmelerine imkan tanımaktadır.Kablosuz bir algılayıcı ağdaki iletişim kanalı, toplamsal kanal gürültüsü ve boğucu işaretler gibi olumsuz etkilere maruz kalır. Ayrıca çoklu yol sönümlemesi nedeniyle girişe gelen işaret gecikme ve zayıflamaya uğrar. Bunun yanında ortamdaki hareketten kaynaklanan Doppler frekans kaymaları ortaya çıkar. Tüm bu bozucu etkiler zamanla rasgele değişmektedir. Bu nedenle, zamanla değişen bu iletişim kanalının modellenmesi ve kanal parametrelerinin kestirimi, sistem performansını arttıracak alıcıların tasarımında önemli bir rol oynamaktadır.Bu tez çalışmasında, Çok Taşıyıcılı Yayılı İzge (ÇTYİ) tekniği kullanan kablosuz algılayıcı sistemlerde, zamanla değişen iletişim kanalının modellenmesi ve kestirimi ele alınmıştır. Problemin çözümüne özgün bir yaklaşım olarak zaman-frekans gösteriminin kullanılması önerilmiştir. Kablosuz haberleşme kanalı; zayıflama katsayısı, Doppler frekans kayması ve gecikme parametreleri cinsinden modellenmiştir. Kanala ait parametreler bir zaman-frekans analiz yöntemi olan Ayrık Evrimsel Dönüşüm (AED) ile hesaplanan yayma fonksiyonundan kestirilmiş ve bunlar kanal denkleştirme amacıyla kullanılmışlardır. Önerilen yöntemin başarımını incelemek amacıyla farklı seviyelerde kanal gürültüsü, boğucu işaret ve Doppler frekans kayması değerleri için benzetimler yapılmıştır. Elde edilen sonuçlar, önerilen zamanla değişen kanal modelinin alıcı başarımını iyileştirdiğini ortaya koymuştur.

Abstract:
Advances in technology make it possible to design multi-functional sensor elements with small size and low power consumption. These elements, which are able to make sensing, data processing and communicating with each other, constitute Wireless Sensor Array Networks.The wireless communication channel in a sensor network is exposed to corruptive effects like additive noise and jammer interferences. Also, the signal at the receiver is delayed and attenuated due to multipath fading. In addition, Doppler frequency shifts occur due to mobility. All these impediments change randomly over time. Therefore, modeling and estimation of this time varying communication channel has become an important issue in the design of the receivers that improve the performance of communication systems.In this study, we investigated how to model and estimate the time varying channel of wireless sensor networks with multi-carrier spread spectrum (MC-SS). Time-frequency representation has been proposed as a unique approach to the solution of the problem. Wireless communication channel was modeled in terms of attenuation factor, Doppler frequency shifts and delay parameters. The channel parameters have been estimated via a spreading function using the discrete evolutionary transform (DET) as a time-frequency analysis method, and used to equalize the channel. In order to illustrate the performance of the proposed method, simulations with different levels of channel noise, jammer interference and Doppler frequency shifts are provided. The results we obtained show that the proposed time varying channel model improves the receiver performance.