Çok kullanıcılı milimetre dalga mımo sistemlerde kapasite analizi
Capacity analysis in multi-user millimeter wave mimo systems
Yazar: MEHMET HÖKELEK
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ ASUMAN SAVAŞCIHABEŞ
Nuh Naci Yazgan Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Mobil trafik ağı son yıllarda hızla büyümekte, mobil ağlarda daha fazla kapasite talebi giderek artmaktadır. Beşinci nesil (5G) mobil haberleşme teknolojisi, kullanıcıların yüksek hızlı ve düşük gecikmeli veri kullanımını destekler. Güç azaltma ise, 5G teknolojisi için önemli bir faktör olduğundan, milimetre dalga büyük ölçekli anten sistemlerinin güç performansını tam dijital temel bant ön kodlayıcılara kıyasla minimum spektral verimlilik kaybıyla geliştirir. Bu amaçla, hibrit ön kodlama uygulanır. Hibrit önkodlayıcıları hesaplamak için alternatif minimizasyon algoritmaları geliştirilmiştir. 60 GHz bandındaki milimetre dalga iletişimi, yüksek yol kaybına karşı koymak için ışın oluşturma (beamforming) kazançları elde etmek için hem gönderme hem de alma terminallerinde büyük anten dizileri gerektirir. Tamamen dijital teknikler, bu tür frekanslardaki donanım kısıtlamaları nedeniyle büyük anten dizileri ile mümkün değildir, ancak tamamen analog çözümler ciddi performans sınırlamalarına maruz kalmaktadır. Hibrit analog / dijital ışın şekillendirme, özellikle çok kullanıcılı bir senaryoya genişletildiğinde umut verici bir çözümdür. 
Bu tez çalışmasında, çok-kullanıcılı milimetre dalga MIMO sistemlerde hibrit önkodlama, ışın oluşturma teknikleri altında önerilen sistemi alternatif yöntemlerle karşılaştırmak için farklı senaryolar için ergodik spektral verimlilik açısından gerçekleştirilen simülasyon sonuçları gösterilmiştir. Veri hızı artışının spektral verimlilik analizi ile incelendiği bu tez çalışmasında 16x4 mm-dalga MIMO sistemleri için tek-dallı kanal olan çok-yolluluk etkisinin dâhil edilmediği senaryo ve 5-dallı çok-yollu kanal senaryosu için SNR değişimine karşın ergodik kapasite değişimi beamforming, girişimsiz iletim ve sıfıra-zorlamalı detektör kullanılarak incelenmiş, elde edilen sonuçlar karşılaştırılmıştır.

Abstract:
Mobile traffic network has been growing rapidly in recent years, and there is a demand for more capacity in network. Fifth generation (5G) mobile communication technology supports users' high-speed and low-latency data usage. As power reduction is an important factor for 5G technology, it improves the power performance of millimeter wave large scale antenna systems with minimal loss of spectral efficiency compared to full digital baseband pre-encoders. For this purpose, hybrid precoding is applied. Alternative minimization algorithms have been developed to calculate hybrid pre encoders. Millimeter wave communicaitin in the 60 GHz band requires large antenna arrays at both the transmit and receive terminals to achieve beamforming gains to counter the high path loss. All-digital techniques are not possible with large antenna arrays due to hardware limitations suchf frequencies, but purely analog solutions suffer severe performance limitations. Hybrid analog/digital beamforming is a promising solution, especially when there is an extended multi-user communication system.
 In this thesis, the simulation results performed in terms of ergodic spectral efficiency for different scenarios are shown to compare the proposed system under hybrid precoding, beamforming techniques in multi-user millimeter wave MIMO systems with alternative methods. In this thesis study, in which the data rate increase is examined by spectral efficiency analysis, for the single-branch channel and 5-branch multipath channel scenario for 16x4 mm-wave MIMO systems, ergodic capacitance change versus SNR change is used using beamforming, interference-free transmission and zero-forced detector. Analyzed, and the results were compared.