Düşük Karmaşıklıklı Uzay-zaman Blok Kodlamalı Dik Frekans Bölmeli Çoğullamalı Sistemler

Abstract

Son yıllarda, birden fazla alıcı ve verici antenin kullanıldığı çok girişli çok çıkışlı sistemlerin, dik frekans bölmeli çoğullama modülasyonu ile birlikte kullanımı popülerlik kazanmıştır. Öyle ki 4. Nesil haberleşmenin temelini çok girişli çok çıkışlı ve dik frekans bölmeli çoğullamalı sistemler oluşturmaktadır. Bunun nedeni iki sistemin birbirini mükemmel olarak tamamlamasıdır. İlk olarak düz sönümlemeli kanal modeli için öne sürülen çok girişli çok çıkışlı sistemler, dik frekans bölmeli çoğullamalı sistemler ile pratikte kullanılabilir hale gelmektedir. Bunun nedeni, gerçek hayatta sıklıkla karşılaşılan ve hata başarımını kötü yönde etkileyen frekans seçici sönümleme için, dik frekans bölmeli çoğullamalı sistemlerin bir çözüm sunmasıdır. Yapılarındaki çok taşıyıcılık ile, bilgi dizisinin paralel dallara bölünmesini ve her alt-taşıyıcı için kanalın düz sönümlemeli özellik göstermesini sağlarlar. Çok girişli çok çıkışlı sistemlerle birlikte kullanıldıklarında ise, yine pratikte çok önemli bir ihtiyaç olan yüksek veri hızlarına ulaşabilmektedirler. Bunun nedeni de çok girişli çok çıkışlı sistemlerin kanal sığası değerini artırmasıdır. Uygun kodlama yöntemleriyle birlikte kullanıldıklarında da, hem yüksek veri hızlarına izin veren, hem frekans seçici sönümleme etkisini azaltan, hem de yüksek hata başarımı gösteren bir sistem tasarlanması mümkün olmaktadır. Bu tezde, çok girişli çok çıkışlı sistemlerde dik frekans bölmeli çoğullama modülasyonunun kullanımı temel alınarak iki farklı tasarım üzerinde çalışılmıştır. Bunlardan ilkinde, hem alıcı hem verici kısmında birleşik anten seçimi uygulaması önerilmiştir. Farklı anten seçimi teknikleri ve çeşitli kanal kodlamaları ile hata performansının değişimi bilgisayar benzetimleriyle incelenmiştir. Elde edilen sonuçlarla, WiMAX veya LTE gibi dik frekans bölmeli çoğullama tabanlı ve çok anten kullanabilen sistemler için birleşik anten seçimi uygulamasının performansı artırma ve donanım/yazılım karmaşıklığını azaltmada mükemmel bir çözüm olabileceği gösterilmiştir. Yapılan ikinci çalışmada ise, bir anten çeşitlemesi yöntemi olan işbirlikçi çeşitleme kullanılmış ve sistemde kullanılan rölelerden bir seçim yaparak yine hata başarımının artırılması düşünülmüştür. Kullanılan farklı kodlama yöntemleri ile, sistemlerin bit hata oranı eğrileri, benzetim çalışmaları sonucu sunulmuştur.

Multiple Input Multiple Output (MIMO) systems operating with Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) modulation has become quite popular recently, where multiple transmit and receive antennas are used. MIMO-OFDM systems provide a basis for 4G communications. That is because MIMO makes a perfect match with OFDM. OFDM makes MIMO systems -which are first considered with flat fading channels- practically implementable, because OFDM provides a solution for frequency selective fading, which affects the system performance negatively and is more realistic for real environment. With the help of multiple carriers, information sequence splits into parallel sub-channels and each sub-channel exhibits flat fading characteristic. When they are used with MIMO systems, they can achieve higher data rates which is practically significant. This is because MIMO systems increase the channel capacity. Thus, when used with the appropriate encoding method, it is possible to design a system which both allows high data rates, and reduces the effects of frequency selective fading, as well as shows a better error performance. In this thesis, two systems are studied with the use of MIMO systems with OFDM modulation. In the first system, both the transmit and receive antenna selection methods are investigated. The changes in error performances are examined using computer simulations with different antenna selection and coding methods. With the results obtained, it is shown that joint antenna selection is an excellent solution for improving the performance and reducing the hardware/software complexity of in OFDM-based and multiple antenna systems, such as WiMAX or LTE. For the second system, cooperative diversity is used which is a space diversity method and it is planned to increase the error performance by selecting from the relays in the system. The system bit error rate curves are presented via simulation of some examples, with several coding approaches.