MIMO-IP telsiz ağlarda dörtlü oyun uygulamaları başarım analizi
Performance analysis of quadruple-play applications in MIMO-IP wireless networks
Yazar: NEVZAT PINAR
Danışman: DOÇ. DR. SELÇUK PAKER
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Telekomünikasyon Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2009
Konu: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol = Computer Engineering and Computer Science and Control
Dizin: Kablosuz ağlar = Wireless networks ; Çeşitlilik = Diversity

Özet:
Telsiz iletişim kanalı, yüksek hızlı iletişim için aşılması gereken ciddi sorunlar barındırmaktadır. Vericiden gönderilen sinyalin yansıma, saçılma ve kırınım nedeniyle alıcıya birçok yolu kullanarak ulaşmasından kaynaklanan sönümlenme bunlardan birisidir. Sönümlenmeye karşı geliştirilmiş yöntemlerden birisi alıcı ve vericide çoklu anten kullanımı ile oluşturulan çoklu giriş çoklu çıkış (MIMO) mimarisidir. MIMO kanalın modellenmesi ve geliştirilen bu modellere göre kanal başarımının belirlenmesi günümüzün aktif çalışma konularındandır. Birkaç yıl önce yayınlanan bir dizi enformasyon teorisi makalesi ile beraber MIMO sistemler oldukça hızlı bir gelişme sürecine girmiştir. Bu gelişmeler ile birlikte MIMO kullanan sayısal haberleşme sistemleri günümüzün gelecek vadeden araştırma alanlarından biri haline gelmiştir. MIMO haberleşme sistemleri verici ve aynı zamanda alıcı uçta çoklu anten kullanımı şeklinde açıklanabilir. Ana fikir iki uçtaki örneklenmiş işaretlerin verimli çoklu veri akışları oluşturacak ve/veya haberleşme sisteminin kalitesini artıracak şekilde birleşitirilmesidir.Şu anda son halini almamış olsa da kısa zamanda en yaygın telsiz yerel alan ağı standardı olması öngörülen 802.11n standardı veri hızını ve erim mesefesini önemli ölçüde artırırken eş zamanlı olarak çoklu veri iletişimi yapılmasına imkan tanıyan MIMO tekniğinden faydalanmaktadır.Öbür taraftan MIMO; UMTS, WiMAX ve benzeri geniş bant telsiz metropol erişim ağları ile oluşması tahmin edilen iletim kapasitesindeki sıkışmaya da çözüm getirecek en olası teknoloji konumundadır. Bu standartların en önemlilerinden ve en yenilerinden birisi olan IEEE 802.16e standardındaki WiMAX ağlarda MIMO desteği ve gezginlik sunulması için çalışılmaktadır. Çok daha geniş çaptaki alanlarda telsiz geniş bant ağ oluşumuna olanak sağlayan ve telsiz altyapının büyümesi ve tam-IP hale gelmesi noktasında büyük avantajlara sahip olan bu yeni nesil telsiz ağlar dünyada giderek yaygınlaşmaktadır.Daha fazla performans sunması için çalışılan bu ağlardan beklenen dört ayrı hizmeti verebilmesidir. Bunlar; genişbant internet erişimi, sayısal TV/video, sabit ses iletişimi ve gezgin iletişimdir. Dörtlü oyun ya da quadruple-play başlığı altında toplanan bu uygulamalar son kullanıcıya şimdiye kadar farklı operatörlerden farklı servisler halinde verilmekteydi. Bahsedilen standartlarda bu uygulamaların sağlanması ile tek bir operatörün aynı IP altyapısı üzerinden hizmet alınması mümkün olacaktır.Bu tezde öncelikle telsiz iletişim kanalının özellikleri ve kısıtları, bu kısıtlara karşı uygulanabilecek yöntemlerin yanısıra alıcı ve vericide çoklu anten kullanımı ile başarımda meydana gelen artış incelenmiştir.MIMO teknolojisi ve kullanılması planlanan IEEE 802.11n ve 802.16e telsiz sistemleri temel başlıkları ile açıklanıp performanslarının nedenleri araştırılmıştır.Dörtlü oyun uygulamaları irdelenmiş, bu uygulamaların gereksinimleri ve yüksek servis kalitesi için gerekli parametreler verilmiştir.Son olarak yakın gelecekte sabit-gezgin yakınsaması ile beraber yaygınlaşması öngörülen ve MIMO kullanımı opsiyonel olarak bırakılan IEEE 802.11n ve 802.16e standartlarının dörtlü oyun uygulamaları açısından gösterdiği performans 802.11n için ölçülmüş, henüz donanım bazında yaygınlaşmamış 802.16e için benzetim sonuçları irdelenmiştir.

Abstract:
In wireless communication channel, there are some serious difficulties, which must be dealt with in high-speed communication. Fading, caused by the arrival of the transmitted signal to the receiver from varied paths due to reflection, scattering and diffraction, is one of these problems. One of the techniques that has been developed to reduce the effects of fading is multiple-input multiple-output (MIMO) architecture which is formed by multiple antennas at the receiver and the transmitter. Modeling and determining the performance of MIMO channels is one of today?s popular issues. With recent information theory papers, MIMO systems came into a rapid improvement process. Digital communication systems using MIMO have emerged as a most promising research area with these advances. MIMO communication systems can be explained by considering that multiple antennas are used at the transmitting end as well as at the receiving end. The main idea is that signals sampled at both ends are merged in such a way that they either create effective multiple data streams, and/or add diversity to improve the communication quality.Even though its final draft has not been ratified, 802.11n which is predicted as the most popular wireless local area standard is taking advantage of MIMO technique to improve througput and coverage area.On the other hand, with wireless metropolitan area networks such as UMTS and WiMAX, MIMO is the most likely technology to deal with presumption about transmission capacity bottleneck.One of the most significant and the newest standards among these is IEEE 802.16e WiMAX standard, the number of studies have been performed to offer MIMO support and mobility. These networks have advantages for expansion of wireless infrastructure and creation of wider full-IP based wireless broadband networks, are increasingly becoming widespread all around the world.There are four special services that expected by these networks: broadband internet acccess, digital TV/video, fixed voice communication and mobility. Different operators have served these applications, called as quadruple-play, to the end user until now. With providing these applications under the standards mentioned above, it is feasible to get service with using same IP platform of an operator.In this thesis, firstly, characteristics and limitations of wireless communication channel, the methods that could be applied against them and also performance improvement with using multiple antennas at both ends are researched.In addition to MIMO technology, IEEE 802.11n and 802.16e wireless systems, which are designed to utilize MIMO, are explained and reasons of their performances are investigated.Furthermore, quadruple-play applications are studied and also requirements of them and necessary parameters for best service quality are given.By way of the of fixed-mobile convergence it is expected that 802.11n and 802.16e standards will penetrate the wireless world in the short run. Eventually, from the point of view of quadruple-play, 802.11n?s performance, one of these standards, optionally use MIMO, measured in real world. The other one, 802.16e is simulated, and outcomes are checked out.