Geri Dön

A bidirectional LMS algorithm for estimation of fast time-varying channels

Zamanla hızlı değişen kanalların kestirimi için iki yönlü LMS algoritması

PDF İndir

  1. Tez No: 286122
  2. Yazar: YAVUZ YAPICI
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. ALİ ÖZGÜR YILMAZ
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2011
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 210

Özet

Yüksek hızlı mobil iletişim sistemlerinin bir bileşeni olan zamanla değişen haberleşme kanallarının kestirimi, özellikle yeni nesil kablosuz sistemlerin geliştirilmesi bakımından ilgi çekmektedir. En iyi Wiener kestiricisinin yüksek hesaplama karmaşıklığı, bu süzgecin zamanla hızlı değişen kanallarda kullanımını elverişsiz hale getirmektedir. Güçlü bir alternatif olan uyarlamalı en küçük ortalama kareler (LMS) algoritması ise, sahip olduğu basit birinci-derece ağırlık-vektörü güncelleme denklemi ile hesaplama karmaşıklığı bakımından oldukça etkin bir çözüm sunmaktadır. Fakat, zamanla değişen kanallarda girdi korelasyon matrisine ait özdeğerlerin birbirinden farklılığı sebebiyle LMS algoritmasının bu tür kanallardaki başarımı kötüleşmektedir.Bu çalışmada, LMS algoritmasını iyi bilinen iki yönlü işleme fikriyle biraraya getirerek iki yönlü LMS algoritmasını ürettik. Bu algoritmanın, zamanla değişen kanallarda bulunan yüksek özdeğer farklılığı gibi olumsuz etkilere karşı gürbüz olduğu gösterilmiştir. Sonuçtaki takip performansı, en iyi Wiener süzgecininkine oldukça yakın kalmakta ve bu sebeple de en iyinin yakınında olarak ifade edilmektedir. Hesaplama karmaşıklığının, LMS algoritmasının iki yönlü kullanımı ile arttığı gözlense de bu sonuç en iyi Wiener süzgecininkine göre oldukça düşük ve klasik LMS algoritması ile de benzer düzeydedir.İki yönlü LMS algoritmasının takip davranışı ayrıca analiz edilmiş ve sonuçta tek-antenli düz-sönümlemeli kanallarda çeşitli korelasyon özellikleri için basamak-büyüklüğüne bağlı yatışkın-durum ortalama kare hatası (MSE) ifadesi elde edilmiştir. Bahsedilen analiz daha sonra, kanal hafızasından dolayı bağımsızlık varsıyımının uygulanabilir olmadığı tek-antenli frekans-seçici kanallar ve çok-antenli düz-sönümlemeli kanalları da içerecek şekilde genelleştirilmiştir. Basamak-büyüklüğünün en iyi seçimi de, elde edilen MSE analiz sonuçları kullanılarak verilmiştir. Sayısal hesaplamalar, teorik ve deneysel sonuçların çok çeşitli senaryolar altında iyi bir uyum sergilediğini göstermiştir. Literatürde iki yönlü kestirme konusunda çeşitli çalışmalar bulunsa da, bu çalışmalarda ele alınan kestiriciler için herhangi bir teorik analiz yapılmamıştır. Bu yönüyle, iki yönlü LMS algoritması için sunulan takip analizinin yenilikçi olduğu düşünülmektedir.Ayrıca, yinelemeli bir kanal kestirim düzeni, ele alınan bütün kanal modelleri ve kestirim algoritmaları için sunulmuştur. Sonuç olarak, iki yönlü LMS algoritmasının ele alınan bu gerçek-hayat uygulaması için gerek artmış fakat yine de pratik karmaşıklık seviyesi, en iyinin yakınındaki takip performansı ve hatalı ilklendirmeye karşı gürbüzlüğü ile oldukça başarılı olduğu gozlemlenmiştir.

Özet (Çeviri)

Effort to estimate unknown time-varying channels as a part of high-speed mobile communication systems is of interest especially for next-generation wireless systems. The high computational complexity of the optimal Wiener estimator usually makes its use impractical in fast time-varying channels. As a powerful candidate, the adaptive least mean squares (LMS) algorithm offers a computationally efficient solution with its simple first-order weight-vector update equation. However, the performance of the LMS algorithm deteriorates in time-varying channels as a result of the eigenvalue disparity, i.e., spread, of the input correlation matrix in such channels.In this work, we incorporate the LMS algorithm into the well-known bidirectional processing idea to produce an extension called the bidirectional LMS. This algorithm is shown to be robust to the adverse effects of time-varying channels such as large eigenvalue spread. The associated tracking performance is observed to be very close to that of the optimal Wiener filter in many cases and the bidirectional LMS algorithm is therefore referred to as near-optimal. The computational complexity is observed to increase by the bidirectional employment of the LMS algorithm, but nevertheless is significantly lower than that of the optimal Wiener filter.The tracking behavior of the bidirectional LMS algorithm is also analyzed and eventually a steady-state step-size dependent mean square error (MSE) expression is derived for singleantenna flat-fading channels with various correlation properties. The aforementioned analysis is then generalized to include single-antenna frequency-selective channels where the so-called independence assumption is no more applicable due to the channel memory at hand, and then to multi-antenna flat-fading channels. The optimal selection of the step-size values is also presented using the results of the MSE analysis. The numerical evaluations show a very good match between the theoretical and the experimental results under various scenarios. The tracking analysis of the bidirectional LMS algorithm is believed to be novel in the sense that although there are several works in the literature on the bidirectional estimation, none of them provides a theoretical analysis on the underlying estimators.An iterative channel estimation scheme is also presented as a more realistic application for each of the estimation algorithms and the channel models under consideration. As a result, the bidirectional LMS algorithm is observed to be very successful for this real-life application with its increased but still practical level of complexity, the near-optimal tracking performance and robustness to the imperfect initialization.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    966327

    Normalized least mean square based optimization algorithms for deep learning and their applications

    Derin öğrenme için normalize edilmiş en küçük kareler tabanlı optimizasyon algoritmaları ve uygulamalerı

    ESRA TÜREYEN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2025

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ÖMER MORGÜL

  2. Tez No

    384978

    Channel estimation refinement by training sequence extension and interleaver design

    Deneme dizisi genişletimi ve karıştırıcı tasarımıyla kanal kestirimi iyileştirmesi

    SAMET GELİNCİK

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2014

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü

    DOÇ. DR. ALİ ÖZGÜR YILMAZ

  3. Tez No

    949585

    A bidirectional critical discourse analysis of print media constructions of Turkish, British, and American identities: The years between 1908-1924

    Türk, İngiliz ve Amerikan kimliklerinin yazılı basında inşası üzerine çift yönlü bir eleştirel söylem çözümlemesi: 1908-1924 yılları arası

    GÜLŞAH ÜNAL

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2025

    DilbilimHacettepe Üniversitesi

    İngiliz Dilbilimi Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ YELİZ DEMİR VAN SCHEPPİNGEN

  4. Tez No

    218662

    Age factor in second language learning

    İkinci dil öğreniminde yaş faktörü

    FERHAT YILMAZ

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2007

    İngiliz Dili ve EdebiyatıSelçuk Üniversitesi

    İngiliz Dili ve Edebiyatı Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. ABDULHAMİT ÇAKIR

  5. Tez No

    914422

    Noktürnal nöbetlerin uyku evreleri ile ilişkisinin video-elektroensefalografi-polisomnografi ile retrospektif olarak değerlendirilmesi ve noktürnal nöbeti olan hastaların uyku kalitelerinin ölçülmesi

    The retrospective evaluation of the relationship between nocturnal seizures and sleep stages using video-electroencephalography-polysomnography and the assessment of sleep quality in patients with nocturnal seizures

    RAHİME KILIÇ

    Tıpta Uzmanlık

    Türkçe

    Türkçe

    2024

    NörolojiBursa Uludağ Üniversitesi

    Nöroloji Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. AYLİN BİCAN DEMİR

Geri Dön