Factor graph based linear minimum mean square error equalization for wireless communications
Kablosuz iletişim için çarpan çizge temelli doğrusal en küçük ortalama karesel hata denkleştiriciler
- Tez No: 385007
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ALİ ÖZGÜR YILMAZ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2014
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 96
Özet
Bu çalışmada, kablosuz iletişimdeki problemler için bir denkleştirici yapısı olarak kullanılabilecek düşük karmaşıklığa sahip, çarpan çizge temelli doğrusal enküçük ortalama karesel hata (LMMSE) filtresi üzerine çalıştık. Öncelikle, literatürde önceden önerilmiş olan çizge temelli LMMSE kestirimi için, daha yüksek dereceli kipleme alfabeleri ile uyumlu ve verimli bir dışsal ikil (bit) log-olabilirlik oranı (LLR) hesaplama yöntemi geliştirdik. Ayrıca, bu çizge yapısını, bir rastsal sürecin beyaz olmayan istatistiklerini de bünyesine dahil edebilecek şekilde uyarladık. Gauss özbağlanımlı (AR) bir süreç için blok LMMSE filtrelemeye karşılık gelen yeni yapımız, blok uzunluğu ile doğrusal olarak artan karmaşıklığa ve girdi sinyalleri hakkında bilinen onsel (a priori) bilgiyi dahil etme kolaylığına sahiptir. Kapsamlı benzetim sonuçları ve teorik değerler ile yapılan kıyaslamalar, metodumuzun Gauss girdiler icin eniyi blok LMMSE filtre ile birebir aynı çalıştığını göstermektedir. Ayrıca, önerilen yöntem bilinen (ya da kestirilen) bir özilinti fonksiyonu olan herhangi bir rastsal süreç için, detayları bu çalışmada anlatıldığı gibi bir AR sürece yaklaştırım yardımı ile kullanılabilir. Bu fikri desteklemek için, önerilen çizge yapısının bahsedilen yaklaştırım üzerinden bir denkleştirici olarak kullanıldığı bir uygulama sunulmaktadır. Nyquist'ten daha hızlı (FTN) sinyalizasyonun doğasında varolan hem semboller arası girişim (ISI), hem de beyaz olmayan gürültü etkilerinin yöntemimiz tarafından ele alındığı gösterilmektedir. Gürültü sinyalinin istatistiklerini, LMMSE algoritmasının üzerinde gerçekleştirildiği çarpan çizgeye dahil etmek amacıyla, gürültü sinyalini AR süreç ile modellemek için literatürde bilinen bir yöntemi kullanmayı öneriyoruz. Bu iyileştirmelere dayanarak, önerdiğimiz düşük karmaşıklıktaki alıcı yapısının FTN sinyalizasyonun yapılmadığı ISI'sız senaryodaki eniyi kodçözücüye yakın çalıştığı benzetimler üzerinden gösterilmektedir. Çalışmamızın son kısmında, çoklu girdi çoklu çıktı (MIMO) haberleşmesinde semboller arası ve sinyal akışları arası girişimi kaldırmak amacıyla, eski çizge yapısının durum uzay modelini genişletmeyi öneriyoruz. Sonuçta çizgeye yansıtılan gösterim, zamanda blok uzunluğu ile doğrusal artan karmaşıklıkta bir denkleştirici sağlamaktadır. Ayrıca, sunulan döngüsüz çarpan çizgede kullanılan Gauss varsayımı sayesinde, önerilen yöntemin karmaşıklığı sinyal uzayının boyutundan etkilenmez. Geliştirdiğimiz dışsal bit LLR hesaplama yöntemi bu senaryoya doğrudan uygulanabilir. Bütüncül olarak, frekans seçiciliğine sahip MIMO sistemlerde yüksek bilgi hızlarına ulaşan ve başarımının cin destekli uyumlu süzgeç sınırına çok yakın çalıştığı benzetimlerce gösterilen verimli bir alıcı yapısı oneriyoruz.
Özet (Çeviri)
In this work, we have studied on a reduced complexity factor graph based linear minimum mean square error (LMMSE) filter as an equalizer for different wireless communication problems. First, we introduce an efficient way of computing extrinsic bit log-likelihood ratio (LLR) values for the LMMSE estimation through the previously presented graph structure in the literature compatible with higher order alphabets. In addition, we propose to adapt this graph structure so that it has the ability of including the non-white statistics of a random process. Our new structure, which corresponds to block LMMSE filtering under a Gaussian autoregressive (AR) process, has the advantage of complexity linearly increasing with the block length and the ease of incorporating the a priori information of the input signals whenever possible. Extensive simulations and comparisons to the theoretical calculations show that our method performs identical with the optimal block LMMSE filtering for Gaussian input signals. Moreover, the proposed method can be used for any random process with a known(or estimated) autocorrelation function by use of an approximation to an AR process as detailed in this study. To support this idea, we present an application for which the proposed graph structure can be used as an equalizer through the mentioned approximation. Both the intersymbol interference (ISI) and the effect of non-white noise inherent in Faster-than-Nyquist (FTN) signaling are shown to be handled by our method. In order to incorporate the statistics of noise signal into the factor graph over which the LMMSE algorithm is implemented, we suggest using a known method in the literature for modelling the noise signal as an autoregressive (AR) process. Based on these improvements, we show that the proposed low complexity receiver structure performs close to the optimal decoder operating in ISI-free ideal scenario without FTN signaling through simulations. In the last part of our work, we propose to enlarge the state space model of the previous graph structure in order to remove inter-symbol and inter-stream interference in multiple input multiple output (MIMO) communication. The resultant representation inflicted on the graph provides a time domain equalizer having computational complexity linearly increasing with block length. Also, owing to the Gaussian assumption used in the presented cycle free factor graph, the complexity of the suggested method is not affected by the size of the signalling space. The extrinsic bit LLR transition algorithm that we introduce can be applied for this scenario straightforwardly. Overall, we provide an efficient receiver structure reaching high data rates in frequency selective MIMO systems whose performance is shown to be very close to a genie-aided matched filter bound through extensive simulations.
Benzer Tezler
- Massive multiple-input multiple-output communication systems with low-resolution quantizers
Düşük çözünürlüklü nicemleyicilere sahip kitlesel çok-girdili çok-çıktılı haberleşme sistemleri
ALİ BULUT ÜÇÜNCÜ
Doktora
İngilizce
2021
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALİ ÖZGÜR YILMAZ
- Betonarme boşluklu döşemelerin analitik ve deneysel olarak irdelenmesi
Analytical and experimental examination of reinforced concrete voided slabs
MEHMET GEZER
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BEYZA TAŞKIN AKGÜL
- Eti Maden Kırka Sarıkaya ocağında patlatma kaynaklı parçalanmanın değerlendirilmesi ve çok sıralı patlatma tasarımı
Evaluation of rock fragmentation by blasting and designing multi-row blats for Eti mining Kırka Sarıkaya mine
ENVER FERAH
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Maden Mühendisliği ve Madencilikİstanbul Teknik ÜniversitesiMaden Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. TÜRKER HÜDAVERDİ
- Bir dizel motorunda seramik kaplama uygulamaları ve performans analizi
Ceramic coating applications and performance analysis in a diesel engine
EKREM BÜYÜKKAYA
- Kayaya soketli kazıkların farklı yöntemlerle taşıma kapasitelerinin belirlenmesi: Bir vaka analizi
Determination of the capacity of rock socketed piles by different methods: A case analysis
CEREN AYDIN
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. RECEP İYİSAN