En iyi oranlı iletim tabanlı işbirlikli ofdm sistemin analizi
Analysis of maximum ratio transmission based cooperative ofdm system
Yazar: ÖZGÜR GÜÇER
Danışman: YRD. DOÇ. DR. TANSAL GÜÇLÜOĞLU
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Haberleşme Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2015
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Günden güne gelişmekte olan telsiz haberleşme sistemlerinin en önemli problemlerinden biri, çevre koşullarından kaynaklanan ve sisteme bozucu bir etki yapan sönümlemedir. Alıcıda ve/veya vericide çok anten kullanımı ile uzay çeşitlemesi sağlamak, sönümleme ile mücadelede en etkili yöntemlerden biridir. Bu sayede iletilen sinyal, hedefe, istatistiksel bağımsız sönümlemelere uğramış şekilde ulaşmaktadır. Bunun sonucunda hedef, iletilen bilgiyi daha isabetli bir şekilde elde edebilmektedir. En iyi oranlı iletim (MRT), kaynakta çok sayıda verici anten kullanımı sayesinde uygulanan, tam çeşitlilik sağlayan bir verici çeşitlemesi yöntemdir. MRT kullanan sistemler, hedefte sistem karmaşıklığı gerektirmediğinden dolayı özellikle mobil haberleşme sistemlerinin aşağı yöndeki bağlantılarında, kablosuz yerel alan ağlarında ve buna benzer sistemlerde kullanılması kolay ve kazançlıdır. Dik frekans bölmeli çoğullama yönteminin çok antenli sistemlerle birlikte kullanılması ile düz sönümlemeli kanallar için sağlanan çeşitlilik kazancı, pratikte karşılaşılan frekans seçici sönümlemeli ortamlarda da sağlanabilmektedir.
İşbirlikli haberleşme sistemleri ile çok giriş çok çıkışlı sistemlerde olduğu gibi, uzay çeşitlemesi yapılabilmektedir. Ortamdaki başka kullanıcıların röle görevi görmesi ile kaynaktaki bilginin, hedefe, çok antenli sistemlere benzer şekilde, bağımsız farklı sönümlemelere uğramış birden çok kopyası ulaşmaktadır. Bu sinyaller uygun birleştirme yöntemleri ile birleştirildiğinde, iletilen bilgiye daha sağlıklı bir şekilde karar verilebilmektedir. İşbirlikli sistemlerde rölede, AF ve DF olmak üzere 2 yöntem kullanılmaktadır.
Bu tezde OFDM tabanlı, kaynak ve rölenin verici kısmında MRT kullanan, alıcıda sistem karmaşıklığı gerektirmeyen işbirlikli sistemler incelenmektedir. AF ve DF tabanlı olarak sunulan bu işbirlikli sistemlerin modellenmesi yapılmakta, hata performansları sönümlemeli kanal modelleri üzerinde, bilgisayar ortamında incelenmektedir. Elde edilen sonuçlarda görülmektedir ki AF tabanlı sistemlerde verici tarafında çoklu anten kullaımı ile MRT hüzmelesi yapmak sistemin performansını yükseltmekte, hata olasılığını düşürmekte, dolayısıyla sistemin güvenilirliğini arttırmaktadır. Kullanılan röle ve verici anten sayısının artması ile elde edilen çeşitlilik kazancı da artmakta, performans ciddi bir şekilde yükselmektedir. OFDM kullanımı ile bu sistemlerin frekans seçici sönümlemeli kanallara da dayanıklı hale geldiği görülmektedir. Kaynak ve rölelerde MRT hüzmelemesi uygulanan DF tabanlı sistemlerde ise kaynaktan iletilen veri rölede yanlış elde edilebilmekte, bunun sonucunda röle sayısının artması, hedefte hata performansını beklenen düzeyde yükseltmemektedir. Bu sistemlerde performansı artırmak için hedefte, literatürde incelenen 2 farklı birleştirme yöntemi uygulanmaktadır. Elde edilen sonuçlarda, birleştirici olarak hedefte işbirlikli en iyi oranlı birleştirme işleminin, DF tabanlı sistemlerin performansını artırdığı görülmektedir.

Abstract:
Multipath fading, which is caused by enviromental conditions, is one of the the most corruptive and important problems to deal with in wireless telecommunication systems that are developing rapidly. Space diversity via multiple antennas on transmitter and/or receiver is one of the most effective solutions to overcome multiple fading. Using multiple antennas allows the transmitter to send the signal by using statistically independent paths. As a result of that, the receiver obtains the diverse information. Maximum Ratio Transmission (MRT) is one of the several beamforming methods that provides full diversity by using multiple antennas at transmistter. Using MRT with wireless local area networks, downlink connections of cellular communications and similar systems is beneficial and simple because MRT does not require complexity at receiver side. Multiple antenna systems operating with Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) ensures the diversity gain also for frequency selective channels which is experienced in actual enviromental conditions. 
Cooperative communcation systems provide space diversity as multiple imput multiple output systems. Like multiple antenna systems, cooperative communication systems provides transmitter to send information over independent paths by using other users as a relay. Consequently, the information that is sent by source, acquired more accurately if proper combining techniques are used. There are two type of basic cooperative communication technique investigated in literature: Amplify-Forward (AF) and Decode-Forward (DF).
In this thesis, OFDM based cooperative systems, where source and relays are equipped with multiple transmit antennas and the use of MRT are studied. Moreover AF and DF based cooperative systems are modelled and error performance of these systems are simulated on fading channels. The results clearly shows that, on the AF based systems, using multiple antennas at the transmitter side of source and relays and applying MRT increases system performance and reliability, also decreases error probability. Moreover, the diversity gain increases significantly when the number of relays and transmit antennas are increased. These systems become resistant to frequency selective fading channels by using OFDM. On the other hand, DF based systems which use MRT at source and relays, can't show the desired error performance because of the error propagation at source-relay link. To overcome this problem, two different types of combining methods are applied at the destination. Results show that, cooperative maximum ratio combining method increases the error performance of the DF based systems.