MQAM ve MPSK modülasyonlu OFDM sistemlerin gürültülü ve Rayleigh sönümlemeli kanallarda başarımlarının benzetimle incelenmesi
Performance analysis of MQAM and MPSK modulated OFDM systems in noisy and Rayleigh fading channels via simulation
Yazar: YASİN TUNÇKAYA
Danışman: DOÇ. DR. ERTAN ÖZTÜRK
Zonguldak Karaelmas Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2009
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: AWGN = AWGN ; OFDM = Orthogonal frequency division multiplexing ; Rayleigh = Rayleigh

Özet:
Günümüz iletişim sistemlerinde dikgen frekans bölmeli çoğullama [Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM)] tekniği sıklıkla kullanılmaktadır. Bunun başlıca sebebi OFDM' in çoklu taşıyıcılı bir sistem olması ve günümüzde çok geniş banda sahip olan veri işaretlerinin birbirine dik alt taşıyıcılara bölünerek dar bant işaretler olarak iletilebilmeleridir. Böylelikle iletişim sistemlerinin önemli bir sonunu olan, frekans seçici sönümleme engellenmektedir. OFDM kullanımıyla iletilen alt bant (dar bant) işaretler sadece düz sönümlemeye maruz kalırlar. OFDM tekniği, vericide ters hızlı Fourier dönüşüm [Inverse Fast Fourier Transform (IFFT)] ve alıcıda FFT kullanılmasıyla uygulanır.İletişim sistemlerinin başarımı genellikle Bit Hata Oranı [Bit Error Rate (BER)] ile ölçülür. Genel hedef, tasarlanan her hangi bir iletişim sisteminde BER' in düşürülmesidir. İletişim sistemlerinde BER'i yükselten (kötüleştiren), dolayısıyla da başarımı azaltan genel etkiler; iletilen işarete kanalda eklenen gürültü ve kablosuz iletim sırasında oluşan çok yolluluk etkisi nedeniyle işaret gücündeki sönümlemelerdir. OFDM tekniği frekans seçici sönümlemeleri engelleyebilmesine rağmen, düz sönümleme ve gürültüden olumsuz yönde etkilenir.Bu tez çalışmasında OFDM kullanan iletişim sistemlerin başarımları, eklemeli beyaz Gauss gürültülü [Additive White Gaussian Noise (AWGN)] kanalda ve Rayleigh sönümlemeli kanalda bilgisayar benzetimiyle incelenmiştir. Benzetimlerde modülasyon türü olarak farklı seviyeli (farklı M değerli) faz kaydırmalı anahtarlama [Phase Shift Keying (PSK)] ve dördün genlik modülasyonu [Quadrature Amplitude Modulation (QAM)] kullanılmıştır. Kanal bozucu etkilerinin (gürültü ve sönümleme ) modülasyon yıldız kümelerine ve BER başarımına etkileri benzetimle gösterilmiştir.Elde edilen benzetim sonuçları OFDM sistemlerin sadece eklemeli gürültü içeren (AWGN) kanalda başarımlarının; AWGN ve Rayleigh sönümleme içeren kanaldaki başarımlara göre daha iyi olduğunu göstermiştir. Bunun başlıca sebebi, Rayleigh sönümlemelerinin alınan işaret dolayısıyla da alınan işaret gürültü oranında [Signal to Nosie Ration (SNR)] azalmalara sebep olmasıdır. Ayrıca, kullanılan modülasyon tekniklerinde M seviyesinin artması yine başarımların kötüleşmesine sebep olmuştur. Bunun nedeni ise, M'in artmasıyla işaret yıldız kümesinde işaret noktalarının birbirlerine yaklaşması dolayısıyla da alıcıdaki karar aşamasında kanal bozucu etkileri nedeniyle hata yapma olasılığının artmasıdır. MPSK ve MQAM modülasyonları karşılaştırıldığında, MQAM daha iyi başarım sonuçları vermiştir.

Abstract:
Nowadays, orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) technique is frequently used for communication systems. OFDM is a multi carrier system and data signals can be transmitted by dividing wide bandwidth to narrow band signals by using orthogonal sub carriers. Hence, frequency selective fading which is a great problem for communication systems can be eliminated, and transmitted narrow band OFDM sub signals are exposed to only flat fading. OFDM technique is applied by using IFFT algorithm in transmitter side and FFT algorithm in receiver side.The performance of communication systems is usually measured by using Bit Error Rate calculation. Reducing of BER values is main target for designed systems. In communication systems, noise added to the transmitted signal over the channel and multipath effect causing fading of the signal power are the reasons for rising of BER values. OFDM technique can avoid frequency selectivity, but flat fading and channel noise still cause degrades the performance.In this thesis, the performance of communication systems which use OFDM technique were analyzed in Additive White Gaussian Noise (AWGN) and Rayleigh Fading channels by using computer simulations. Phase Shift Keying (PSK) and Quadrature Amplitute Modulation (QAM) techniques with different M levels are used in the simulations. The effects of AWGN and fading to the modulation constellations and the BER performances are presented by using simulations.Simulation results show that OFDM systems exposed to only AWGN channel noise have better performance than those are exposed to both AWGN and Rayleigh fading. Main reason for this result is that Rayleigh fading reduces Signal to Noise Ratio (SNR) for received signals. Rising of M values for modulation technique causes worse performance for OFDM systems as well. When M value increases, the bits in constellation diagram get closer each other in decision regions. Thus, corruptive effects of the channel cause the rise of probability of error for the decisions. When MQAM and MPSK modulations are compared, MQAM modulation technique give better performance.