TT-FBD için frekans alanında çalışan uyarlanabilir denkleştirici tasarımı
Adaptive frequency domain equalizer design for SC-FDE
Yazar: NURİ HAKAN EKMEKCİ
Danışman: DOÇ. DR. ÖZGÜR ERTUĞ
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Doğrusal sinyal kestirici = Linear signal estimator ; Kanal denkleştirme = Channel equalization

Özet:
Haberleşme teknolojilerinde gerçekleşen gelişmeler sonucunda, günümüzde kullanmakta olduğumuz haberleşme hızları çok yüksek seviyelere ulaşmış, kullanıcı başına Gb/s mertebesine ulaşmıştır. Bu denli yüksek hızlara ulaşılması ile beraber, haberleşmenin güvenilirliğinde ortaya çıkan en önemli sorunlardan biri olan, semboller arası girişim etkisi daha şiddetli hale gelmekte ve sistem performansını olumsuz yönde etkilemektedir. Bu sorunu çözmek için geleneksel olarak, zaman bölgesinde çalışan denkleştiriciler kullanılmaktadır. Ancak, zaman bölgesinde çalışan denkleştiricilerin en önemli dezavantajı, haberleşme hızının artması ile işlemsel karmaşıklığın doğru orantılı olarak artmasıdır. Bu sorunun çözümü için, denkleştirme işlemi zaman bölgesi yerine frekans bölgesinde yapılmaktadır. İşlemci teknolojisinde yaşanan gelişmeler ve hızlı Fourier dönüşüm algoritmaları sayesinde, denkleştirme işleminin karmaşıklık seviyesi önemli ölçüde azalmaktadır. Ayrıca, denkleştirme işleminin frekans bölgesinde gerçekleştirilmesi, zaman bölgesine göre performansı önemli ölçüde arttırmaktadır. Bu çalışmada, yüksek hızlı haberleşme sistemleri için yeni uyarlanabilir frekans bölgesi denkleştirici yapıları geliştirilmiştir. Denkleştirme işlemi için hem doğrusal, hem de karar geri besleme yapıları göz önüne alınmıştır. Söz konusu denkleştiricilerin geliştirilmesinde komşu frekans noktalarındaki ilintisellik kullanılmıştır. Geliştirilen algoritmaların zamanla hızlı değişim gösteren Rayleigh sönümlü kanallarda, geçmişte önerilen diğer uyarlanabilir frekans bölgesi denkleştiricilere göre daha başarılı olduğu, yapılan bilgisayar benzetim çalışmaları ve teorik çalışmalar ile gösterilmiştir. Son olarak, yeni bir frekans bölgesi karar geri besleme algoritması geliştirilmiştir. Bu algoritmanın, literatürde önerilmiş olan frekans bölgesi uyarlanabilir karar geri besleme algoritmasına göre 5dB'lik, doğrusal denkleştiricilere göre ise 9dB'lik bir kazanç sağladığı yapılan çalışmalar sonucu görülmüştür. Tez kapsamında önerilen algoritmaların işlemsel karmaşıklık seviyesinin geleneksel olarak kullanılan algoritmalardan bir miktar yüksek olduğu, ancak elde edilen semboller arası girişim etkisini giderme performansında görülen artış göz önüne alındığında, geliştirilen algoritmaların, geniş bant kablosuz haberleşme sistemleri için kullanılabilecek bir seçenek olduğu değerlendirilmektedir.

Abstract:
Thanks to the development of communication technologies, today's communication systems reached high levels of speed, as such they are able to deliver Gb/s connection speed per user. However, by reaching such a high level of speed, intersymbol interference, which is one of the most important problems affecting the reliability of communication becomes more serious. This intersymbol interference adversely affects system performance. Traditionally, time domain equalizers are used to solve this problem. However, one of the most serious disadvantages of time domain equalizers is tremendous increase in the computation of equalizer coefficients with the increase of communication speed. Equalization could be performed in frequency domain instead of time domain to solve this complexity problem. As a result of improvement in processor technology and thanks to the fast Fourier transform method, the complexity level of equalization is decreased remarkably. Besides, implementing equalization in frequency domain has the effect of performance increase compared to time domain. In this work, new frequency domain adaptive equalizer structures are developed. Both, linear and decision feedback equalizer structures are considered. In developing these structures, correlation between neighbor frequency points are utilized and due to this correlation it is shown that, developed equalizer's performance are greatly enhanced compared to other proposed algorithms in past. As a last thing, a new frequency domain decision feedback algorithm is proposed. This algorithm has 5dB signal to noise improvement compared to newly proposed counterpart. Also, it has 9dB improvement over linear equalizer structures as a a result of research activities. Proposed algorithms are shown to have some complexity level rise compared to traditional ones but this level is affordable, considering performance benefits. When comparing complexity level of newly proposed frequency domain decision feedback equalizer, our proposed algorithm has similar complexity. That is why, it is believed that proposed algorithms are possible options that could be used in broadband wireless communication systems.