Geri Dön

Performance of IEEE 802.15.4a based uwb systems in the presence of licensed systems

Lisanslı sistemlerin varlığında IEEE 802.15.4a tabanlı ultra geniş bantlı sistemlerin başarımı

PDF İndir

  1. Tez No: 349664
  2. Yazar: ÇAĞLAR FINDIKLI
  3. Danışmanlar: PROF. DR. MEHMET ERTUĞRUL ÇELEBİ
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2012
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Telekomünikasyon Mühendisliği Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 81

Özet

Spektrum paylaşım teknikleri, son yıllarda elektromanyetik spektrumdaki kalabalıklaşma ve kullanıma müsait frekansların etkin kullanılması gerekliliğinden oldukça ilgi çekmiştir. Spektrum paylaşım tekniklerinden biri olan Ultra Geniş Bantlı sistemler, elektromanyetik spektrumun büyük bir bölümünü aynı frekans bandındaki lisanslı dar bantlı sistemleri büyük ölçüde etkilemeden iletim yapabilecek şekilde tasarlanmış ve dünya çapında gelişmekte olan telsiz iletişim teknolojisidir.Ultra Geniş Bant uygulamaları askeri, arama-kurtarma, iç güvenlik, otomotiv ve medikal alanlarındaki duvar içi-arkası ve zemin görüntülemesi, hedef sensör veri toplanması ve takibi, hassas mesafe tayini, sınır ihlal tespiti, kalp atış ve soluk alış-veriş hızı tespiti ve kestirimi, çarpışma önleme, yol yardımcısı, envanter takibi ve kimlik saptama gibi geleneksel radar, yer tespiti ve telsiz iletişim uygulamalarını kapsar.Ultra Geniş Bant teknolojisini, bahsedilen uygulamalar ve alanlar için cazip bir seçenek haline getiren, geniş lisanssız bant genişliği, elektromanyetik spektrum paylaşımına olanak sağlayan düşük spektral güç yoğunluğu, büyük kanal kapasitesi, düşük işaret gürültü oranlarında çalışabilme, yüksek çok yol çözünürlülüğü, düşük olasılıkta tespit ve yakalanma, karışmaya karşı direnç, üstün malzeme nüfuz yeneteği, çoklu erişim yetkinliği, basit alıcı verici mimarisi vb. özelliklerdir.Ultra Geniş Bantlı sistemlerin düşük iletim gücüne rağmen, bu cihazların mevcut ve gelecekteki standardlarla birlikte varolabilirliği Ultra Geniş Bantlı iletişim teknolojisindeki önemli bir konu başlığıdır. Bunun sonucunda, Ultra Geniş Bantlı sistemlerin düşük iletim gücüne rağmen, Avrupa ve Japonya'daki spektrum düzenleme kurulları mevcut sistemlere olan girişimleri engellemek için algıla-ve-kaçın tekniklerinin ortak kullanılan frekans bantlarında gerçekleştirilmesini zorunlu kılmıştır. UWB dürtü radyoları üzerine kurulu olan ve geçtiğimiz yıllarda onaylanan IEEE 802.15.4a standardı bu durumla ilgili tavsiyelerde bulunmaktadır. Bunlardan bazıları ortak kullanılan iletim bandı yerine başka bir bant kullanılması, eğer ortak bant kullanılacaksa iletimin geciktirilmesi veya istenilen frekanslarda ani düşüş sağlayabilmek için darbelerin doğrusal bileşimini kullanmak olarak özetlenebilir. Bu tavsiyeleri değerlendirilecek olursa, düşük maliyetli UWB dürtü radyolarında bant değiştirmek masraflı olabilir. Diğer taraftan ortak bantta oldukça aktif bir birincil sistem olması durumunda UWB sisteminin iletimini geciktirmesi sonucu iletim hızı oldukça yavaşlayabilir.Lisanslı sistemlere girişim yaratmaktan kaçınmak, literatürde darbe tasarım teknikleri ile sağlanmaya çalışılmıştır. Şu ana kadarki darbe tasarım teknikleri iki ana konu üzerine yoğunlaşmıştır. Bunlardan birincisi iletişim için izin verilen spektrum maskesinde darbe spektrumunun optimizasyonu, ikincisi ise dar bantlı girişimlerin olduğu frekanslarda ani düşüş sağlamaktır. Bunun için sonlu dürtü yanıtlı süzgeç tasarımı, özel fonksiyonların (örneğin, Hermite fonksiyonları) özfonksiyon nitelikleri veya kod sözcüğü tasarım teknikleri kullanılmıştır. Bu tür çalışmaların ortak özelliği, hem spektrum optimizasyonu için, hem de istenilen frekansta ani düşüş yaratabilmek için çok sayıda katsayı kullanmalarıdır. Diğer taraftan IEEE 802.15.4a standardına göre, darbelerin doğrusal birleşimi kullanılarak elde edilecek frekanstaki ani düşüşler için en fazla 4 katsayı kullanılmalıdır. Bu da süzgeç tasarımı için az sayıda katsayı kullanılmasına denk gelmektedir. IEEE 802.15.4a standardı tarafından öngörülen kısıtları dikkate alarak ve z-dönüşümünden yararlanarak, az sayıda katsayı ile istenilen frekans değerlerinde ani düşüş sağlayabilen darbelerin doğrusal birleşimi tekniğini kullanılmıştır. Buna göre yeterince katsayı kullanılmaması yüzünden, elde edilen spektrumda birden çok ani düşüş sağlanamayacağı ve spektrum maskesinin iyi bir şekilde kullanılamayacağı gözlenilmiştir. Her ne kadar bu tür yöntemlerle lisanslı sistemlere olan girişim azaltılsa da, yeni darbelerin kullanıldığı durumda ikincil Ultra Geniş Bant sistemlerin başarımını da gözlemlemek önemlidir.Literatürde lisanslı sistemlere girişim yaratmamak için yapılan darbe tasarımı çalışmalarında, genel olarak istenilen spektrum maskesinin iyi bir şekilde kullanılıp kullanılmadığı veya istenilen frekansta ani düşüş sağlanıp sağlanmadığı çalışılmış, ancak yeni darbelerle olan sistem başarımı üzerinde yeterince durulmamıştır. Diğer taraftan lisanslı sistemlerin Ultra Geniş Bant sistemlere olan etkileri literatürde incelenmiştir. Bu çalışmalarda, gerek bazı lisanslı sistemlerin (GSM, UMTS, WiMAX), gerekse de dar-bantlı sistemlerle kullanılan bazı modülasyonların Ultra Geniş Bant sistemlerle etkileşimleri incelenmiş, alıcı antene lisanslı sistemin bandını geçirmeyen bir süzgeç konulduğunda Ultra Geniş Bant sistemin başarım iyileşmesi üzerine çalışılmıştır. Her ne kadar lisanslı dar bantlı sistemlerin Ultra Geniş Bant sistemlerle etkileşimini incelemek önemli olsa da, bu çalışmayı yeni tasarlanmış girişim azaltan darbe şekilleriyle ve IEEE 802.15.4a standardına uygun bir biçimde gerçekleştirmek önemlidir. Ancak bu konu literatürde henüz incelenmemiştir. Bununla ilgili literatürde eksikliğini görülen konular şöyle özetlenebilir:i)Avrupa ve Japonya spektrum düzenleme komisyonu kararına ve IEEE 802.15.4a standardına uygun bir şekilde, yani normal iletim gücünü istenilen frekansta düşürmek için az sayıda katsayı ile oluşturulan yeni darbelerin sistem başarımının dar- ve geniş-bantlı lisanslı sistemler tarafından nasıl etkilendiğini incelenmesi gerekir.ii)Standarda uygun evre-uyumlu ve evre-uyumsuz alıcı yapılarının sistem başarımına etkilerini incelenmesi gerekir.Ultra Geniş Bantlı sistemler için kaçınma konusunda literatürde henüz yeterince incelenmemiş olan IEEE 802.15.4a standardı gerçekleştirimine uygun araştırmalar yürütülmelidir.Bu tezin esas amacı, literatürdeki belirtilen eksiklerden hareketle, dar veya geniş bantlı girişim olduğunda IEEE 802.15.4a standardının fiziksel katmanının gerçeklenmesi ve sistem başarımının ölçülmesidir. Dolayısıyla, istenilen frekanslarda ani düşüşler elde etmek için IEEE 802.15.4a standardında önerilen çeşitli darbelerin doğrusal birleşimi kullanılmasıdır. Ayrıca, dar bantlı girişim daha ileri seviyede bastıracak evre uyumlu ve evre uyumsuz alıcı yapıları sunmaktır. Bunun sonucunda IEEE 802.15.4a sistemin başarımını değişik senaryolar altında sınamaktır. Bu senaryolar alıcı verici yapısının, girişim seviyesinin, girişim tipinin (değişken bant genişliğinin ve alt taşıyıcı sayısı), IEEE 802.15.4a standardındaki ve önerilen darbelerin doğrusal birleşimi tiplerinin ve evre uyumlu ve evre uyumsuz alıcılar için IEEE 802.15.4a kanal modelleridir. Bu çalışmanın sonuçları, düzenleyici kurumların birlikte varolabilirlik için konulanan kurallarına uyarken aynı zamanda makul bir sistem başarımına ulaşan IEEE 802.15.4a sisteminin alternatif olarak gerçeklenmesi için önemlidir.Bu tezde, IEEE 802.15.4a tabanlı Ultra Geniş Bantlı sistemlerin dar ve geniş bantlı girişime sebep olan lisanslı sistemlerle aynı frekans bandında çalışması için darbelerin doğrusal birleşimi ve ilişkin evre uyumlu ve evre uyumsuz alıcı yapılarının gerçeklenmesi araştırılmıştır. Bunun sonucunda, değişik darbelerin doğrusal birleşimini kullanan ve birlikte varolabilirliğe imkan veren uyarlanmış alıcı verici yapısına sahip sistemin başarımı IEEE 802.15.4a standardı doğrultusunda gerçeklenen sistemle karşılaştırılmıştır. Bunlara ek olarak, değişik tipteki lisanslı sistemler için darbelerin çeşitli doğrusal birleşimleri pratik senaryolar için göz önüne alınmıştır. Çalışmanın sonuçları darbelerin doğrusal birleşimi kullanıldığında ve aktif bir girişime neden olan dar-bantlı lisanslı sistem yokken, evre uyumlu ve evre uyumsuz alıcı yapılarının Bit Hata Oranı başarımlarını biraz kötüleştirirken, buna karşın aktif tek veya çoklu girişime neden olan lisanslı sistemin olduğu durumda Bit Hata Oranı alıcıdaki ön filtrelemeyle belirgin bir ölçüde iyileştirilebileceğini göstermiştir.Dahası, geniş bantlı girişimin olduğu yerde, geniş ani düşüş ve daha etkin spektrum şekillendirmesinden dolayı yüksek dereceli darbelerin (örneğin lcp2, lcp3 ) doğrusal birleşimi kullanılması sistem başarımı daha iyi bir şekilde tazmin edebilmektedir.Bunların yanında, sabit alt taşıyıcı sayısı için artan bant genişliğinde Bit Hata Oranı azalma eğiliminde olduğu görülmüştür. Buradan, Ultra Geniş Bantlı sisteminin daha geniş ve çok sayıda alt taşıyıcı sayısına sahip WiMAX sitemlerle en uyumlu biçimde birlikte varolabileceği kanısına varılmıştır.Bu çalışmanın sonuçları, uyarlanmış alıcı-verici yapılarının Avrupa ve Japonya'daki düzenleyici kurumların talimatlarına uyarken aynı zamanda makul bir sistem başarımına ulaşması açısından oldukça önemlidir.

Özet (Çeviri)

In recent years, spectrum sharing techniques have drawn great amount of interest due to lacking frequency bands for licensed radio systems. UWB technology is one of the emerging spectrum sharing techniques that can communicate at very low power spectral density levels using a large portion of the electromagnetic spectrum. UWB systems transmit in a way that they do not interfere much with licensed systems in the same frequency band.Despite the low transmission power of UWB systems, an important research topic in the UWB communications technology is the coexistence of UWB systems with licensed systems that already exist or are expected to exist in future standards. Accordingly, regulatory agencies in Europe and Japan have made the implementation of detect-and-avoid techniques mandatory in some bands to avoid interference to existing systems. Hence, the emission power of UWB system should be reduced or the UWB communication should be stopped when the UWB transceivers are located near the terminal of the primary systems. However, the latter option is inconvenient for the UWB systems which will slow down the transmission data rate. As for the first option, the UWB impulse radio based Wireless Personal Area Network standard IEEE 802.15.4a has suggested using a linear combination of pulses to reduce interference to coexisting primary systems.In this thesis, the implementation of various linear combinations of pulses are considered for a harmonious coexistence, and the UWB impulse radio system performance is assessed in the presence of active narrowband or wideband licensed systems. For that, possible transmitter and receiver structures are studied and adapted for the physical layer of the IEEE 802.15.4a standard.The study shows that while BER performance of coherent and noncoherent receiving structures may be slightly degraded with the use of linear combination of pulses when there is no active primary system, the performances can be significantly improved with appropriate filtering techniques at the receiver when the primary system is active. Moreover, the selection of various pulse types for different types of licensed systems is presented for practical considerations. The results are important for the implementation of the IEEE 802.15.4a based UWB systems coexisting with licensed systems.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    416109

    Aşırı geniş bantlı iletişim sistemleri için kanal kestirimi

    Channel estimation for ultra wideband communication systems

    MEHMET BAŞARAN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2011

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Üniversitesi

    Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. HAKAN ALİ ÇIRPAN

    YRD. DOÇ. DR. SERHAT ERKÜÇÜK

  2. Tez No

    350417

    Bayesian compressive sensing approach for ultra-wideband channel estimation

    Ultra geniş bant kanal kestirimi için bayes sıkıştırılmış algılama yaklaşımı

    MEHMET ÖZGÖR

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2013

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. HAKAN ALİ ÇIRPAN

  3. Tez No

    333170

    Primary user detection in ultra wide-band based wireless sensor networks

    Ultra geniş band tabanlı kablosuz sensör ağlarında birincil kullanıcı algılanması

    YAĞMUR SABUCU

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2013

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKadir Has Üniversitesi

    Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. SERHAT ERKÜÇÜK

  4. Tez No

    469064

    Performance evaluation of ieee 802.15 wireless body area network in omnet++

    Ieee 802.15 kablosuz gövde alanı ağının omnet++ simülatöründe başarı analizi

    HATEM A.M. MUSA

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2017

    Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolKarabük Üniversitesi

    Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. ZAFER ALBAYRAK

  5. Tez No

    476258

    Measuring ieee 802.15.4 protocol performance over embedded control systems

    Gömülü kontrol sistemleri üzerinde ıeee 802.15.4 protokol performansının ölçülmesi

    OMAR ABDULKHALEQ ABDULKAREEM ALDABASH

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2017

    Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolErciyes Üniversitesi

    Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. SELÇUK ÖKDEM

Geri Dön