Kablosuz mobil iletişimde 5g teknoloji için mimo ve huzme oluşturma çözümler /
Yazar: MUSAAB SAMI ISMAIL AL-OBAIDI
Danışman: PROF. DR. CEBRAİL ÇİFLİKLİ
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Uzay bölmeli çoklu erişim (SDMA), çok kullanıcılı çok girişli çok çıkışlı (MU-MIMO) Beşinci Nesil (5G) kablosuz haberleşme sistemi kapasitesini potansiyel olarak aynı zaman ve frekans kaynağını kullanarak karşılamakta, ancak muhtemel ortak kanal girişimlerine de (CCI) neden olmaktadır. Kanal durum bilgisi (CSI) ile desteklenen hüzme (BF) şekillendirme yaklaşımı, ilintili kanalların uzaysal çeşitliliğinden faydalanarak veya kanalların özelliklerine göre BF ağırlıkları adaptasyonu ile uzaysal çoğulmaya izin vererek girişime neden olan kullanıcıları ayırabilmektedir. Ayrıca, her kullanıcıya atanan BF ağırlığı, hedeflenen kullanıcıdaki  işaret gücünü korumak veya arttırmak ve kullanıcılara karşı istem dışı CCI'yı ortadan kaldırmak veya azaltmak için  işaret gücünü aynı hücredeki diğer kullanıcılarla etkileşimli olarak değiştirir.  İşaret güçlerindeki değişim CCI'yi ortadan kaldırır, ancak alınan  işaretin gerekli gücünü de azaltır ya da CCI'yi ortadan kaldırmadan alınan  işaretin gerekli gücünü arttırır (sadece CCI'yi azaltır). Bu araştırmanın temel amacı, MU-MIMO sisteminde CCI azaltımı için doğrusal ön kodlama tabanlı BF şekillendirme yaklaşımı önermektir. İlk olarak, iki farklı kodlama yönteminin CSI'ya göre iki ön kodlama yöntemi değerlendirilir. Bu yöntemler, dikey BF (OBF) şekillendirme elde etmek için blok köşegenleştirmeyi (BD) ve dikey olmayan BF (NOBF) şekillendirme elde etmek için  işaret-kaçak oranını (SLR) en üst düzeye çıkarmak için kullanmıştır. İkinci olarak, her ön kodlama yönteminin performansının bir analizi, standart koşullarına göre sunulmaktadır. Ayrıca, bu iki ön kodlama yönteminin performansları arasında bir karşılaştırma yapılmıştır. Üçüncü olarak, analize bağlı olarak, gerekli  işaretin gücünü desteklemek için aşağı bağlantı MU-MIMO sistemi için BD ve Alamuoti STBC arasındaki kombinasyona göre OBF şekillendirme geliştirilmiştir. Dördüncüsü, performansları kaçak gücü açısından sayısal olarak değerlendirilirken, NOBF ışın şekillendirmesi için yeni bir sistem modeli oluşturulmuştur. Bu sistem, kaçak gücü kullanmak ve istenen  işareti desteklemek için sıralı girişim iptali (OSIC) algılama ve hibrit işbirliği yöntemini kullanmaktadır.  Benzetim sonuçları, birleşik OBF açılı şekillendirme performansında elde edilebilir iyileşmenin, klasik OBF açılı şekillendirme ile bağlantılı 10-3 BER'de  SNR'de 22 dB'den fazla olduğunu ortaya koymuştur. Ayrıca,  benzetimdan MU-MIMO BF şekillendirme sisteminin işbirlikçi OSIC şemasının OSIC'in çeşitlilik sırasını gerçekleştirdiğini göstermektedir. Ek olarak, kaçak gücü sadece bir girişim gücü olarak değil, yararlı bir güç olarak kullanılarak, önerilen NOBF sistemi klasik NOBF sisteminden daha iyi performans göstermiştir.     
Anahtar Kelimeler:	5G, MU-MIMO, CCI, OBF, NOBF, CSI, BD, SLR, işbirliği, OSIC.

Abstract:
Space-division multiple access (SDMA) is recently been introduced to potentially meet the multi-user multiple-input multiple-output (MU-MIMO) fifth generation (5G) wireless system capacity using the same time and frequency but possibly producing co-channel interferences (CCI). The beamforming (BF) approach assisted with channel state information (CSI) can sNOBFarate various interfered users by exploiting the spatial diversity of the correlated channels or allowing spatial multiplexing by BF weights adaptation according to the characteristics of the channels. Moreover, the BF assigned to each user changes the signal power interactively with other users within the same cell to maintain or increase the signal power at the intended user and eliminate or reduce CCI to non-intended users. Unfortunately, the changing in signal powers either eliminating CCI but reduces the required power of the received signal, or increasing the required power of the received signal without eliminating CCI (it just reduces CCI). The main objective of this research is to propose a two linear precoding based BF approach for CCI reduction in the MU-MIMO system. Firstly, two precoding methods are evaluated according to the CSI of two different types of channels. These methods used block diagonalization (BD) to achieve orthogonal BF (OBF) and used maximizing signal-to-leakage ratio (SLR) to achieve non-orthogonal BF (NOBF). Secondly, an analysis of the performance of each precoding method is presented according to its standard conditions. Furthermore, a comparison was made between the performances of these two precoding methods. Thirdly, dNOBFending on the analysis, OBF is developed according to the combination between BD and Alamuoti STBC for the downlink MU-MIMO system to support the power of the required signal. Fourthly, a new system model for NOBF is established while their performance is numerically evaluated in terms of leakage power. This system used ordered successive interference cancellation (OSIC) detection and hybrid cooperation method to exploit the leakage power and support the desired signal. Numerical results reveal that the achievable improvement in the performance of combined OBF is more than 22 dB in SNR at 10-3 BER cumbered to classical OBF. Furthermore, the promising results from the simulation show that the cooperative OSIC scheme of the MU-MIMO BF system realizes the diversity order of OSIC. Additionally, by utilizing leakage power as a useful power and not just as an interference power, the proposed NOBF system outperforms the classical NOBF. 
Keywords: 5G, MU-MIMO, CCI, OBF, NOBF, CSI, BD, SLR, Cooperation, OSIC.