OFDM sistemlerinde tepe gücü/ortalama güç oranını düşürme teknikleri ve bu oranı düşürmek için yapay sinir ağları kullanımı
Techniques used in reducing the peak-to-average power ratio in OFDM systems and using neural networks for reducing this ratio
- Tez No: 138941
- Danışmanlar: PROF. DR. NECMİ TAŞPINAR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Çok taşıyıcılı modülasyon, Ortogonal Frekans Bölmeli Çoğullama, Gecikme yayılımı, Tepe Gücü/Ortalama Güç Oranı, Kırpma, Multi-Carrier Modulation, Orthogonal Frequency Division Multiplexing, Delay Spread, Peak-to-Average Power Ratio, Clipping
- Yıl: 2003
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Erciyes Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 163
Özet
Ill OFDM SİSTEMLERİNDE TEPE GÜCÜ/ORTALAMA GÜÇ ORANINI DÜŞÜRME TEKNİKLERİ VE BU ORANI DÜŞÜRMEK İÇİN YAPAY SİNİR AĞLARI KULLANIMI ÖZET Bu çalışmada, sık yerleştirilmiş alt taşıyıcıları ile çok taşıyıcılı modülasyon tekniği olan Ortogonal Frekans Bölmeli Çoğullama (Orthogonal Frequency Division Multiplexing: OFDM), avantajları, dezavantajları, OFDM sistemlerindeki tepe gücü/ ortalama güç problemi ve bu oram azaltmak için kullanılan yöntemler incelenmiş ve bu yöntemlerden“Kırpma”,“Seçici Eşleme”ve“Kısmi İletim Dizileri”teknikleri bilgisayar ortamında simüle edilerek elde edilen sonuçlara göre bu yöntemlerin performansları değerlendirilmiştir. Yine bu tez çalışmasında, iletilen OFDM işaretinin tepe gücü/ortalama güç oranını düşürmek için yapay sinir ağlan kullanılmış, iki farklı öğretim algoritması ile eğitilen yapay sinir ağlarından elde edilen sonuçlar, tepe gücünün azaltılmasında seçici eşleme tekniğinin kullanılması durumunda elde edilen sonuçlarla karşılaştınlmıştır. Çok taşıyıcılı modülasyon, yüksek bit hızlı veri akışım birkaç tane paralel düşük bit hızlı veri akışına bölen ve bu düşük bit hızlı veri akışlarım birkaç taşıyıcıyı modüle etmek için kullanan bir veri iletim tekniğidir. Çok taşıyıcılı iletimin sınırsız geniş bant iletişimde kullanımım cazip kılan gecikme yayılımı toleransı ve spektrum verimliliği gibi birçok kullanışlı özelliği vardır. OFDM de, her biri düşük bit hızlı bir sayısal akışı modüle eden ortogonal alt taşıyıcılı Frekans Bölmeli Çoğullama ( Frequency Division Multiplexing: FDM) kullanan özel bir çok kanallı modülasyon sistemidir. OFDM kullanmanın ana sebeplerinden birisi frekans seçici sönümleme ya da dar bant girişime karşı direnci artırmaktır. Tek taşıyıcılı bir sistemde tek sönüm ya da girişim bütün bir hattı zayıflatırken çok taşıyıcılı sistemde alt taşıyıcıların sadece küçük bir yüzdesi bu durumdan etkilenecektir. Bu birkaç hatalı alt taşıyıcı da ileri hata düzeltme kodlaması uygulanarak düzeltilebilmektedir. Bütün bu avantajları sayesinde kendisine birçokIV uygulama alanı bulan OFDM'nin en ciddi sorunlarından birisi tepe gücünün ortalama güce oranının (Peak-to- Average Power Ratio: PAPR) yüksek olmasıdır. Analog-sayısal, sayısal-analog çeviricilerin karmaşıklığının artması ve RF güç kuvvetlendiricilerinin verimliliğinin düşmesi gibi istenmeyen etkilere sebep olan bu yüksek tepe gücünü azaltabilmek için literatürde birçok teknik uygulanmıştır.Temelde dört ana gruba ayrılan tepe güç düşürme tekniklerinden ilki olan sinyal bozma teknikleri, tepelerdeki OFDM işaretinin lineer olmayan bozulmasıyla OFDM genliğini azaltmaktadır. Bu gruptaki tekniklere örnek olarak kırpma, pencereleme ve tepe engelleme verilebilir. İkinci yöntem olan kodlama tekniğinde, büyük PAP oranlı OFDM işaretlerinin oluşmasına mani olmak için BCH, Konvolüsyon, Reed Solomon ve Turbo kodlar gibi özel ileri hata düzeltme kod setleri kullanılmaktadır. Seçici eşleme ve kısmi iletim dizileri adı altında iki gruba ayrılan sembol karıştırma yöntemleri ise, OFDM sistemlerindeki tepe gücünün ortalama güce oranını azaltmak için kullanılan tekniklerden üçüncüsü olup, OFDM işaretinin farklı karıştırma dizileri ile karıştırılmasına ve en küçük PAP oranını veren dizinin seçilmesi ilkesine dayanmaktadır.Bu yüzden sembol karıştırma tekniğinin amacı, PAP'ı belirli bir seviyenin altına düşürmekten ziyade, yüksek PAP oranlarının oluşma olasılığım azaltmaktır. OFDM işaretlerindeki tepe gücünü azaltmak için yapılan çalışmalarda, yapay sinir ağlarının kullanıldığı dördüncü bir metot daha geliştirilmiştir. Bu metotta, PAPR problemi bir optimizasyon sorunu olarak düşünülmekte ve bu sorunu gidermek için seçici eşleme tekniğine Hopfield sinir ağlan uygulanmaktadır. Bu tez çalışmasında, PAPR' m azaltılmasında kullanılan bütün bu teknikler detaylarıyla incelenerek birbirleriyle karşılaştırılmış ve bu tekniklerden kırpma, seçici eşleme, kısmi iletim dizileri ve seçici eşleme tekniğine yapay sinir ağlarının uygulanması bilgisayarda simüle edilmiştir.
Özet (Çeviri)
TECHNIQUES USED IN REDUCING THE PEAK-TO-AVERAGE POWER RATIO IN OFDM SYSTEMS AND USING NEURAL NETWORKS FOR REDUCING THIS RATIO SUMMARY In this study, Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM), a multi-carrier modulation technique with densely spaced sub-carriers, its advantages, disadvantages, the peak-to-average ratio (PAPR) problem in OFDM systems and the methods that are used to reduce the peak power and applications of OFDM are investigated in detail. The clipping, selective mapping and partial transmit sequences techniques that are used in OFDM to reduce the peak-to-average power ratio were simulated by using computer, and the performances of these techniques were evaluated according to the simulation results. Also in this study neural networks were used for reducing peak to average power ratio of OFDM signal. These networks were trained by using two different training algorithms and results that were obtained from neural networks were compaired with results that were obtained by using selective mapping for reducing peak to average power ratio of transmitted OFDM signal. A multi-carrier modulation is a technique for data transmission by dividing a high bit rate data stream in several parallel low bit-rate data streams and using these low bit-rate data streams to modulate several carriers. Multi-carrier transmission has a lot of useful properties such as delay-spread tolerance and spectrum efficiency that encourage their use in untethered broadband communications. OFDM is a special multi-channel modulation system employing Frequency-Division Multiplexing (FDM) of orthogonal subcarriers, each modulation a low bit rate digital stream. One of the main reasons for using OFDM is to increase the robustness against frequency selective fading or narrowband interference. In a single carrier system, a single fade or interferer can cause the entire link to fail, but in a multi-carrier system, only a small percentage of theVI subcarriers will be affected. Error correction coding can then be used to correct for the few erroneous subcarriers. On of the main weak points of OFDM which has a number of applications thanks to its advantages is its high peak-to-average power ratio. A large PAP ratio brings disadvantages like an increased complexity of the analog-digital, digital-analog converters and a reduced efficiency of the RF power amplifier. To reduce the PAP ratio, several techniques have been proposed, which basically can be divided in four categories. First, there are signal distortion techniques, which reduce the peak amplitudes simply by nonlinearly distorting the OFDM signal at the peaks. Examples of distortion techniques are clipping, peak windowing and peak cancellation. The second category is coding techniques that use a special forward-error correcting code set like BCH, Convolutional, Reed Solomon or Turbo codes that excludes OFDM symbols with a large PAP ratio. The third technique is based on scrambling each OFDM symbol with different scrambling sequences and selecting that sequence that gives the smallest PAP ratio. Hence, symbol scrambling does not guarantee a PAP ratio below some desired low level; rather it decreases the probability that high PAP ratios occur. Examples of this techniques are, selected mapping and partial transmit sequence. The fourth method for the reduction of the peak-to-average power ratio of multicarrier modulation systems uses neural networks for this purpose. The reduction problem is considered as a optimisation problem is solved applying the Hopfield neural network (HNN) to the selective mapping technique. In this study the peak power reducing techniques were investigated in detail; comparing with each other and simulating clipping, selective mapping, partial transmit sequences and applying of neural networks to the selective mapping technique by using computer.
Benzer Tezler
- Dalgacık paket modülasyon sistemlerinde tepe gücü/ortalama güç oranını düşürme teknikleri
Peak-to-average power ratio reduction techniques in wavelet packet modulation systems
YÜKSEL TOKUR BOZKURT
Doktora
Türkçe
2017
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiErciyes ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NECMİ TAŞPINAR
- Optik haberleşme sistemlerinde zeki optimizasyon teknikleri ile tepe gücü / ortalama güç oranının düşürülmesi
Peak-to-average power ratio reduction using intelligent optimization techniques in optical communication systems
MAHMOUD Y K ALHALABI
Doktora
Türkçe
2023
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiErciyes ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NECMİ TAŞPINAR
- Çok taşıyıcılı kod bölmeli çoklu erişim (MC-CDMA) sistemlerinde tepe gücü/ortalama güç oranının yapay zeka teknikleri ile düşürülmesi
Peak-to-average power ratio reduction by artificial intelligent techniques in multicarrier code division multiple access (MC-CDMA) systems
MAHMUT YILDIRIM
Yüksek Lisans
Türkçe
2009
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiErciyes ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü
PROF. DR. NECMİ TAŞPINAR
- Beşinci nesil dalga formu adaylarında zeki optimizasyon teknikleriyle tepe gücü/ortalama güç oranının düşürülmesi
Peak-to-average power ratio reduction using intelligent optimization techniques in the fifth generation waveform candidates
ŞAKİR ŞİMŞİR
Doktora
Türkçe
2021
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiErciyes ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NECMİ TAŞPINAR
- Kablosuz haberleşme sistemlerinde zeki optimizasyon teknikleri ile tepe gücü/ ortalama güç oranının düşürülmesi
Peak to average power ratio reduction by using intelligent optimisation techniques in wireless communication systems
MAHMUT YILDIRIM
Doktora
Türkçe
2018
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiErciyes ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NECMİ TAŞPINAR