Kanal kestirimi için bayesçi yaklaşımlar
Bayesian approaches for channel estimation
Yazar: ERDOĞAN AYDIN
Danışman: PROF. DR. HAKAN ALİ ÇIRPAN
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2010
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Kablosuz haberleşme sistemlerinde, bant genişliği ciddi bir şekilde sınırlı kaynak olmasından dolayı, bantgenişliğini arttırmadan sistem kapasitesinde önemli derecede artış sağlamak için bant genişliğinin etkili biçimde kullanılması kaçınılmazdır. Bundan dolayı, yol gecikmesi, kanal sönümleme katsayısı gibi kanal parametrelerinin ve iletilmek istenen sembollerin çevrimiçi kestirimi için geniş ölçekli araştırmalar önerilmektedir. Diğer taraftan; klasik kestirim (toplu kestirim gibi) tekniklerinde, pilot ya da eğitim verisi kanal parametrelerinin kestirimi için gerekmektedir. Ancak, iletim veri dizisi içine pilot ya da eğitim verisi eklemek sistem kapasitesini belirgin bir şekilde azaltabilir. Bu nedenle, gözü kapalı ya da eğitim verisi yardımı olmayan kestirim teknikleri bant genişliğini verimli bir şekilde kullanmak için tercih edilmektedir.Alıcının temel görevi iletim kanalının fiziksel parametrelerini kestirmek ve frekans seçici sönümlemeli kanalların varlığında iletilen sembolleri algılamaktır. Ancak bu parametrelerin birleşik kestirimi, iletim kanalının zaman gecikmesinin doğasına göre doğrusal olmayışı nedeniyle zordur. Bundan dolayı bu gibi analitik olarak çözülmesi mümkün olmayan, özellikle de doğrusal olmayan ya da Gauss olmayan problemlere yaklaşımsal bir çözüm sunmak için parçacık süzgeci tekniği kullanılabilir. Son zamanlardaki gelişmeler parçacık filtresinin bilimde ve mühendislikte geniş bir uygulama alanına sahip sıralı sinyal işleme için ortaya çıkan güçlü bir metot olduğunu göstermektedir. Bu tezde, Doğrudan Dizilimli Kod Bölmeli Çoklu Erişim (DS-CDMA) sistemlerinde çok yollu sönümlemeli kanalların varlığında yayılım kodu gecikmelerini, kanal katsayılarını ve iletilen sembol dizilerinin birleşik kestirimi için yeni bir öz yinelemeli alıcı önerilmiştir. Doğrusal olmayan parametrelerin kestirimi için genişletilmiş Kalman süzgeci (EKF) içeren birçok birleşik kestirim teknikleri literatürde önerilmiştir. Bu kestirimcilerin aksine, EKF kullanmak yerine önerilen yöntem, tamamıyla Bayesçi yaklaşımı kullanılarak elde edilmiştir ve parçacık süzgeci (PF) olarak bilinen sıralı Monte Carlo (SMC) tekniği aracılığıyla performansı test edilmiştir. Önerilen yaklaşımın teorik analizi, doğrulayıcı bilgisayar benzetimleriyle sağlanmıştır.

Abstract:
Since bandwidth is the most severely limited resource in the wireless communication systems, its efficiently use is inevitable for significant increases in system capacity without increasing the bandwidth. Hence, a considerable amount of research has been proposed for online estimation of symbols, and channel parameters, such as path delays, and channel fading coefficients. On the other hand, in the classical estimation (i.e., batch processing) techniques, pilot or training data has required for the estimation of channel parameters. However, to insert pilot or training data into the transmitted data sequence can significantly reduce the system capacity. Thus, blind or nondata-aided techniques have been preferred to use the bandwidth efficiently.The main goal of the receiver is to estimate the physical parameters of the transmission channel, and is to detect the transmitted symbol sequence over the frequency selective fading channels. However, joint estimation of these parameter are difficult due to nonlinearity of the transmission channel with respect to time delay according to its inherent property. Therefore, Particle Filter Technique can be used to present an approximate solution to problems where analytic solution can not be obtained especially the non-linear or non-Gaussian form. Recent developments have demonstrated that the particle filtering is a powerful technique for sequential signal processing with a wide range of applications in science and engineering. In this thesis, a new recursive receiver is proposed for joint estimation of code delays, channel coefficients, and transmitted symbol sequence on the multipath fading channel in Direct Sequence Code Division Multiple Access (DS-CDMA) systems. For the estimation of nonlinear parameters, most joint estimation techniques which include Extended Kalman Fitler (EKF) are proposed in the literature. Contrary to these estimators, the proposed method is derived using entirely Bayesian approach instead of EKF, and is performed by means of Sequential Monte Carlo (SMC) technique known as particle filter (PF). Theoretical analysis of the proposed approach is provided along by corroborating simulations.