FBMC'de iç-girişim ve öncül tabanlı kanal kestirimi
Intrinsic interference and channel estimation in FBMC
Yazar: UMUT KAYIKCI
Danışman: DOÇ. DR. EMRE AKTAŞ
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Kanal kestirimi = Channel estimation

Özet:
Çok taşıyıcılı iletişim sistemleri, bugüne kadar uygunlandıkları sistemlerde iyi bir performans göstermişlerdir. Bu yüzden, yeni nesil iletişim sistemlerinde de kullanılmaları düşünülmektedir. Çok taşıyıcılı sistemler içerisinde bugüne kadar en çok tercih edilen yöntem ise OFDM olmuştur. OFDM'in yaygın kullanım sebeplerinin başında; sistem karmaşıklığının az olması ve spektral açıdan verimli olması sayılabilir. Ancak bu güzel özelliklerine rağmen, yüksek güçlü yan frekans hüzmeleri ve yüksek PAPR değeri gibi bazı özellikleri, 5G sistemler için OFDM'e alternatif yeni bir iletişim yöntemi arayışına yol açmıştır. 
5G sistemler için aday yöntemlere örnek olarak bir FBMC üyesi olan OFDM/OQAM gösterilebilir. OFDM/OQAM bir çok konuda OFDM'e göre daha iyi performans sağlamasına rağmen sistem yapısı nedeniyle alıcıda görülen iç-girişim, bilinen kanal kestirim yöntemlerinin kullanılmasına engel olmaktadır. Bu nedenle OFDM/OQAM için yeni kanal kestirim yöntemleri geliştirilmiştir. 
Bu tez çalışmasının amacı öncelikle literatürdeki genel FBMC yapısı ve özellikle \\
OFDM/OQAM konusuyla ilgili çalışmaların incelenmesi, daha sonra OFDM/OQAM'in kendine özgü özelliği olan iç-girişim konusunun anlaşılması, son olarak da OFDM/OQAM için en bilinen öncül tabanlı kanal kestirim yöntemlerinin incelenmesi ve karşılaştırılmasıdır.
Bu amaçla, öncelikle FBMC konseptinden bahsedilmiş ve temel OFDM/OQAM yapısının üzerinden geçilmiştir. Sistemde ISI görülmeden iletişim yapılabilmesine olanak sağlayan Nyquist kanalının teorisi anlatılmış, daha sonra da bu kanalın OFDM/OQAM'de elde edilebilmesi için kullanılan PHYDYAS fonksiyonu incelenmiştir. Alıcıdaki \\
OFDM/OQAM sinyalinin ve burada görülen iç-girişimin matematiksel gösterimi yapılmıştır. Ardından, iç-girişimden sadece kurtulmaya çalışmak yerine nasıl yararlanabileceği, enformatik kanal kapasitesine ve kanal kestirimine nasıl bir katkı yapacağı incelenmiştir. İç-girişimden yararlanıldığı takdirde kapasite bazında 2.5 dB'nin üzerinde bir kazanç sağlanabileceği gösterilmiştir. 
Son olarak OFDM/OQAM için geliştirilen kanal kesitirim yöntemleri olan POP, ICM, IAM-1, IAM-R, IAM-I, IAM-C ve E-IAM-C incelenmiştir. Yöntemlerin, alıcının AWGN olduğu durumda, sadece Rayleigh sönümlemeli kanallardaki ve aynı anda hem Rayleigh sönümlemeli hem de Doppler etkisi altında olan kanallardaki bit hata oranı performanslarının benzetimleri yapılmıştır. Yüksek dereceli yıldızküme diyagramı kullanılmasının yöntemler üzerindeki etkisine bakılmıştır. Ayrıca yöntemler PAPR açısından karşılaştırılmıştır. 
Karşılaştırmalar sonucunda, POP'un düşük dereceli, yıldızküme diyagramlarında en zayıf performansı göstermesine rağmen, yüksek dereceli yıldızküme diyagramları için uygun bir yöntem olduğu görülmüştür. E-IAM-C'nin yüksek gürültü gücüne karşı en düşük bit hata olasılığını vermesine rağmen, PAPR açısından kötü bir performans gösterdiği görülmüştür. PAPR açısından en iyi performansı gösteren yöntem olan IAM-1'in ise BER performansı açısından zayıf olduğu; PAPR - BER dengesi açısından en iyi yöntemin IAM-I olduğu belirlenmiştir. Ayrıca bu tez kapmasında PHYDYAS fonksiyonu için bir ICM öncül yapısı tasarlanmış ve yapılan benzetimlerde PAPR ve BER açısından dengeli ve yüksek dereceli yıldızküme diyagramları açısından zayıf sonuçlar verdiği görülmüştür.

Abstract:
Multi-carrier communication systems perform well in the systems they are used. Therefore, it is considered to be used in the next generation communication systems. Among multi-carrier systems, OFDM is the most preferred method. The most important reasons for common use of OFDM are low complexity and high spectral efficiency. On the other hand, some features such as high power side-lobs and high PAPR causes to search for an alternative method to OFDM for 5G.
A candidate method for 5G is OFDM/OQAM, which is an FBMC member. Although OFDM/OQAM provides better performance than OFDM in many respects, because of intrinsic-interference seen in the receiver due to the system structure, conventional channel estimation methods can not be applied directly. For this reason, new channel estimation methods have been developed for OFDM/OQAM.
The main purpose of this thesis is to examine the general FBMC structure and particularly the studies related to the OFDM/OQAM in the literature, then to understand the intrinsic-interference which is the specific feature of OFDM/OQAM, and finally the most popular preamble based channel estimation methods for OFDM/OQAM and their comparison.
For this purpose, firstly the FBMC concept and then the basic OFDM/OQAM structure are described. 
The theory of Nyquist channel, which enables communication without ISI in the system, is explained and then the PHYDYAS function, which is used to obtain Nyquist channel in OFDM/OQAM, is investigated. The OFDM/OQAM signal and intrinsic-interference in the receiver is shown mathematically. After that, instead of getting rid of intrinsic interference, utilization of it and its contribution to channel estimation and information capacity of the channel are investigated. It was shown that a capacity-based gain of over 2.5 dB can be achieved via utilization of intrinsic-interference.
Finally, OFDM/OQAM channel estimation methods POP, ICM, IAM-1, IAM-R, IAM-I, IAM-C and E-IAM-C are examined. Their BER performances in the presence of AWGN, only on Rayleigh and both Rayleigh and Doppler channel are shown. The influence of using high-order constellation diagrams on methods is examined. The methods are also compared in terms of their PAPR performances.
As a result of comparisons, it was found that POP is a suitable method for high-order constellation diagrams, even though it shows the worst BER performance for low-order constellation diagrams. Although E-IAM-C provides the lowest bit error probability against high noise power, it shows poor performance in terms of PAPR. IAM-1 is the best method in terms of PAPR and the worst method in terms of BER, the best method provides PAPR-BER balance was determined as IAM-I. In addition, an ICM preamble for the PHYDYAS function was designed in this thesis, and the simulations shows that the method has balanced PAPR and BER performance and given unsatisfactory results for high-order constellation diagrams .