Uzay zaman frekans kodlamalı dik frekans bölüşümlü çoğullama sistemi
Space time frequency coded orthogonal frequency division multiplexing system
Yazar: LEVENT AKSOY
Danışman: DOÇ.DR. SARP ERTÜRK
Deniz Harp Okulu Komutanlığı / Deniz Bilimleri ve Mühendisliği Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2004
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
ÖZET UZAY ZAMAN FREKANS KODLAMALI DİK FREKANS BÖLÜŞÜMLÜ ÇOĞULLAMA SİSTEMİ Anahtar Kelimeler: Uzay-zaman kodlaması, Dik frekans bölüşümlü çoğullama, Çeşitleme teknikleri, Uzay çeşitleme, Çok yollu sönümleme Günümüzde gezgin iletişim sistemleri, internet, video ve çoklu ortam uygulamalarını destekleyebilmek için, verilerin yüksek hızlarda ve düşük hata olasılıklarında iletimini sağlayan modülasyon ve çeşitleme tekniklerine ihtiyaç duyar. Bu tezde, modülasyon tekniği olarak tercih edilen dik frekans bölüşümlü çoğullama ve gezgin iletişim kanalının sınırlamalarının üstesinden gelmek için kullanılan ve bir uzay çeşitleme tekniği olan uzay-zaman kodlaması konu alınmıştır. Yeni nesil gezgin iletişim sistemlerinin, yüksek hızdaki verilerinin gezgin iletişim kanallarından, istenen servis kalitesinde iletebilmesi için etkili modülasyon ve çeşitleme teknikleri geliştirilmektedir. Modülasyon tekniklerine en iyi aday olarak çok taşıyıcılı bir modülasyon tekniği olan dik frekans bölüşümlü çoğullama (Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM) gösterilmektedir. Gezgin iletişim kanalının sınırlamalarının üstesinden gelmek için ise verici ve alıcı anten çeşitleme tekniklerinden uzay-zaman blok kodları ön plana çıkmaktadır. OFDM ve uzay-zaman blok kodları birleştirilerek elde edilen uzay-zaman ve uzay-frekans blok kodlu OFDM sistemleri ile, kablosuz iletişim kanallarında yüksek veri hızlarında hareketliliği sağlayan uygulamalarda düşük hata olasılıklarına ulaşılabilmektedir. ıııUzay-zaman kodlaması, OFDM sisteminde, sönümleme etkisini daha fazla azaltmak ve çeşitleme kazancı ile daha iyi bir işaret kalitesi elde etmek için kullanılmaktadır. Hem uzamsal hem de frekans çeşitlemesinin faydaları OFDM ve STBC sistemlerinin birleşimi ile elde edilebilmektedir. OFDM yüksek veri hızlı bir veri dizisinin daha düşük hızlı veri dizilerine bölündüğü ve bu veri dizilerinin de birbirine dik olan alt taşıyıcılarla modüle edildiği çoklu-taşıyıcıh bir modülasyon tekniğidir. OFDM modülasyonu, dik uzay-zaman verici çeşitlemesinin uygulanabilmesi için, frekans seçimli sönümlemeli kanalları, çoklu düz sönümlemeli kanallara dönüştürmek için kullanılır. OFDM 'in en büyük avantajı, çok yollu gecikme yayılımı toleransı ve frekans etki alanında alt taşıyıcıların birbirine dik olması sebebi ile çakışmaya izin veren etkili spektrum kullanımı olmaktadır. Bu tezde ilk olarak uzay-zaman kodlamalı dik frekans bölüşümlü çoğullama sistemi ve uzay-frekans kodlamalı dik frekans bölüşümlü çoğullama sistemi tanıtılmakta ve sistemlerin klasik dik frekans bölüşümlü çoğullama sistemi ile karşılaştırılması yapılmaktadır. Daha sonra uzay-zaman-frekans kodlamasını kullanan yeni bir sistem (STFCOFDM) önerilmektedir. STFCOFDM sisteminde, S TC OFDM sisteminden farklı olarak, ilk zamanda belirli alt taşıyıcılardan (frekanslardan) iletilen simgelerin eşlenikleri, bir sonraki zaman diliminde farklı alt taşıyıcılardan (frekanslardan) iletilmektedir. Böylece uzamsal kodlamanm yanında hem zaman boyutunda hem de frekans boyutunda kodlama gerçekleştirilmektedir. Önerilen sistemin AWGN kanalında, Rayleigh ve Rician sönümleme kanalında sistemlerin performans değerlendirilmesi yapılmaktadır. STFCOFDM, AWGN ve Rayleigh sönümleme kanalında STCOFDM ve SFCOFDM ile yaklaşık aynı performansı sergilerken, Rician sönümleme kanalında daha iyi bir performans göstermektedir. iv

Abstract:
ABSTRACT SPACE TIME FREQUENCY CODED ORTHOGONAL FREQUENCY DIVISION MULTIPLEXING SYSTEM Keywords: Space-time coding, Orthogonal frequency division multiplexing, Diversity techniques, Space diversity, Multipath fading Nowadays, mobile communication systems require modulation and diversity techniques that ensure data transmission with high rate and low bit error in order to support internet, video and multimedia applications. In this study OFDM and space-time coding is used as a modulation technique in order to cope with mobile communication channel constraints. Space-time coding techniques have been proposed for transmitter diversity and then employed in the OFDM system to further reduce fading and obtain the better signal quality from the diversity gain. The benefits of both spatial and frequency diversity can easily be achieved by the combination of space-time block coding (STBC) and orthogonal frequency division multiplexing (OFDM). Orthogonal Frequency Division Multiplexing is a multi-carrier modulation technique in which a single high rate data-stream is divided into multiple low rate data-streams that are modulated using subcarriers which are orthogonal to each other. OFDM has commonly been utilized to transform a frequency selective fading channel into multiple flat fading subchannels. One of the main advantages of OFDM is its multipath delay spread tolerance and efficient spectrum use by allowing overlapping in the frequency domain. This thesis initially evaluates Space-Time Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing (STCOFDM) and Space-Frequency Coded OrthogonalFrequency Division Multiplexing (SFCOFDM) systems, and compares them against classical Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM). Then, a simple novel system that uses space-time-frequency coding is proposed. Space- time-frequency coded OFDM (STFCOFDM) system that is proposed in this thesis, accomplishes the coding simply across space and successive time slots as well as successive carrier frequencies. The performance is evaluated for simple additive white Gaussian noise (AWGN) channels, as well as Rayleigh and Rician fading channels. STFCOFDM shows similar performance to STCOFDM and SFCOFDM in AWGN and Rayleigh fading channels, but performs superior in Rician fading channels. VI