Interference suppression capability of faster than symbol rate sampling and frequency domain oversampling
Sembol periyodundan hızlı örneklemenin ve frekans alanında yüksek hızda örneklemenin girişim bastırma kabiliyeti
- Tez No: 442124
- Danışmanlar: PROF. DR. ALİ ÖZGÜR YILMAZ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2016
- 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: 160
Özet
Sembollerin kablosuz kanallarda birçok girişim altında tespit edilmesi oldukça zor bir iştir. Güvenilir bir haberleşme için girişimin azaltılması zorunludur. Bu tezde girişimi bastırmak için MMSE algılayıcısı araştırılmaktadır. Sembol periyodundan hızlı örnekleme ve frekans alanında yüksek hızda örnekleme MMSE algılayıcısının girişim bastırma seviyesini iyileştirmek için tek ve çok kullanıcılı haberleşmede önerilen metotlardır. Tek kullanıcılı haberleşmede amaç sembol periyodundan hızlı örnekleme veya frekans alanında yüksek hızda örnekleme ile MMSE denkleştiricisinin semboller arası girişimi azaltmasıdır. Öbür taraftan çok kullanıcılı haberleşmede amaç sembol periyodundan hızlı örnekleme ile MMSE algılayıcısının semboller ve kullanıcılar arası girişimi azaltmasıdır. Sembol periyodundan hızlı örnekleme ilk olarak tek kullanıcılı haberleşmede gönderilen bloklar arasına sıfırlar eklendiği durumda MMSE denkleştirici için araştırılmaktadır. Semboller arası girişim olan kanallar için uygulanan denkleştiricide pratik koşullara bağlı olarak performans bozulması olabilir. Buna uygun olarak, bloklar arasına sıfırlar eklenip sembol periyodundan hızlı örneklenen MMSE denkleştiricinin performansı pratik kanal koşullarına göre analiz edilmektedir. Sembol periyodundan hızlı örnekleme genellikle zaman veya faz hatalarına karşı kullanılmasına rağmen sonuçlar sembol periyodundan hızlı örneklemenin sonlu blok uzunluğundaki semboller arası girişim olan bir kanalda ideal zaman bilgisinin olduğu durumda bile bir avantaj sunduğunu göstermektedir. Blok uzunluğu sembol periyodundan hızlı örneklemenin performansını etkileyen en kritik parametredir. Öyle ki küçük blok uzunluklarında sembol periyodundan hızlı örneklenen MMSE denkleştirici klasik olarak kullanılan sembol periyodu ile örneklenen MMSE denkleştiriciden çok daha yüksek sinyal gürültü oranı sunmaktadır. Kanal karakteristiği ve ilave bant genişliği gibi bazı diğer parametrelerde sembol periyodundan hızlı örneklenen MMSE denkleştiricinin performansını etkilemektedir. Sembol periyodundan hızlı örnekleme konsepti döngüsel öneke dayalı MMSE denkleştirici için de uygulanmaktadır. Bu denkleştiricinin performansı ortalama MSE ve bit hata oranı dikkate alınarak değerlendirilmektedir. Asenkron haberleşmede sembol periyodundan hızlı örneklemenin ortalama MSE değerinde iyileşme sağladığı yarı analitik olarak gösterilmektedir. Bu durum da döngüsel öneke dayalı MMSE denkleştirici için potansiyel bir kazanım olduğunu ve sembol periyodundan hızlı örneklemeyle kazanılabileceğini göstermektedir. Bu tezde sembol periyodundan hızlı örneklemeye bağlı karmaşıklık artışını dengelemek için düşük karmaşıklıklığa sahip döngüsel öneke dayalı bir MMSE denkleştirici uygulaması önerilmektedir. Sembol periyodundan hızlı örnekleme döngüsel öneke dayalı MMSE denkleştiricide aşağıdaki iki uygulama için üstün bir performans göstermektedir. Bunlardan ilki, sembol periyodundan hızlı örneklenen döngüsel öneke dayalı MMSE denkleştiricinin döngüsel önekin kanal maksimum gecikme dağılımından kısa olması durumuna karşı çok daha toleranslı olmasıdır. İkincisi, MMSE denkleştiricinin tek yollu Rayleigh sönümlemeli kanalda 1 bitlik nicelemeyle kabul edilebilir bir performans sunmasıdır. Çok kullanıcılı haberleşmede sembol periyodundan hızlı örnekleme ilave bant genişliğinden gelen serbestlik derecesinden faydalanarak aynı anda gönderilen iletim sayısını artırmak amacıyla çalışılmaktadır. Analiz sembol periyodundan hızlı örnekleme tekniği ile fiziksel bir gerçek olan çok yollu kanaldaki her bir yolun arasındaki mesafenin eşit olmamasına bağlı ilave bant genişliğiyle doğru orantılı olarak ek mertebe kazanıldığını göstermektedir. Bu etki sembol periyodundan hızlı örneklemeye dayalı bir MMSE algılayıcı ve pratik bir yinelemeli alıcı için nicelenmektedir. Sembol periyodundan hızlı örneklemenin verimliliğini değerlendirmek için uzaysal alan da kullanılmaktadır. Buna göre çoklu almalar sanal anten olarak düşünülmektedir. Simülasyon sonuçları sembol periyodundan hızlı örneklenen yinelemeli alıcının girişimi önemli ölçüde azaltabildiğini göstermektedir. Bu durum herhangi bir ağda kullanıcı sayısının artmasını sağlayabilir. Sembol periyodundan hızlı örneklemenin frekanstaki emsali frekans alanında yüksek hızda örneklemedir. Frekans alanlı yüksek hızda örnekleme çok yollu kanallarda tek taşıyıcılı frekans alanlı MMSE denkleştiricinin hata performansını geliştirme amaçlı araştırılmaktadır. Frekans alanlı yüksek hızda örneklemenin etkisi kesinti olasılığı göz önüne alınarak analiz edilmektedir. Sonuçlar frekans alanlı yüksek hızda örneklemenin sualtı akustik kanallarında olduğu gibi blok uzunluğunun kanal hafıza uzunluğuna göre düşük oranlı olduğu tek taşıyıcılı frekans alanlı MMSE denkleştiricide önemli miktarda bir iyileşme sağladığını göstermektedir. Bu tekniğin orta ölçekli blok uzunluğunun kanal hafıza uzunluğuna oranında da geniş alfabeler için avantaj sağladığı gözlemlenmektedir.
Özet (Çeviri)
Detection of symbols in the presence of many interference sources is a difficult task in wireless channels. It is obligatory to reduce the interference for reliable communication. In this dissertation, minimum mean square error (MMSE) detection is investigated to suppress interference. Faster Than Symbol Rate (FTSR) sampling and Frequency Domain Oversampling (FDO) methods are proposed to enhance the interference suppression level of MMSE detection for both single user and multiuser communication. The aim of single user communication is to mitigate Intersymbol Interference (ISI) by MMSE equalization with FTSR sampling or FDO, whereas ISI and Multiple Access Interference (MAI) are reduced jointly in multiuser communication by MMSE detector with FTSR sampling. FTSR sampling is first investigated in single user communication for MMSE equalization when zeros are padded among transmission blocks. There is a performance degradation in equalization of ISI channels depending on practical conditions. In compatible with that, the performance of Zero Padding (ZP) based FTSR sampled MMSE equalization is analyzed accounting for practical channel conditions. Although FTSR sampling is generally considered as a remedy to time or phase errors, the results illustrate that the advantage of FTSR sampling on equalization is always present for a finite block length ISI channel even if perfect time information is available. Block length is the key parameter that affects the performance of FTSR sampling such that there is a high Signal to Noise Ratio (SNR) improvement with smaller block lengths in comparison to the conventional Symbol Rate (SR)sampled MMSE equalization. Other parameters such as channel characteristics and excess bandwidth have influence on the performance of FTSR sampled MMSE equalization. The concept of FTSR sampling is applied to the Cyclic Prefix (CP) based MMSE equalization as well. The performance of this equalizer is evaluated in regard to average mean square error (MSE) and bit error rate (BER). It is semi-analytically proven that FTSR sampling provides an improvement in average MSE for asynchronous communication. This motivates the fact that there is a potential gain that can be exploited by FTSR sampling for CP based MMSE equalization. In this thesis, the complexity increase due to FTSR sampling is compensated by proposing a low complexity CP based MMSE equalizer implementation. FTSR sampling exhibits superior performance for CP based MMSE equalization in the following two applications. The first one is to yield more tolerant MMSE equalization when CP is shorter than the maximum channel delay spread. The second one is to obtain a reasonable performance from 1-bit quantized MMSE equalizer for a single tap Rayleigh fading channel. In multiuser communication, FTSR sampling is studied to exploit additional Degrees of Freedom (DoF) of excess bandwidth for the purpose of increasing simultaneous transmissions. The analysis reveals that FTSR sampling achieves extra rank proportional to any excess bandwidth being used provided that multipath channel taps are not equally spaced, which is a physical reality. The impact is further quantified by an FTSR sampled MMSE detector and a practical iterative receiver based on FTSR sampling. Spatial domain interpretation is employed as well to assess the effectiveness of FTSR sampling such that multiple receptions are considered as virtual antennas. The simulation results illustrate that interference can be greatly reduced by the FTSR sampled iterative receiver such that the number of users can be increased in a given network. A counterpart of FTSR sampling method in frequency domain is the FDO, which is investigated to improve the error performance of MMSE Single Carrier Frequency Domain Equalization (SC-FDE) for multipath channels. The impact of FDO is analyzed in regard to the outage probability. The results show that FDO can significantly enhance the performance of MMSE SC-FDE when the ratio of block length to channel memory length is small such as in underwater acoustic channels. Its advantage is observed for moderate block length to channel memory length ratio in case of larger constellation sizes.
Benzer Tezler
- Digital self-interference cancellation in full-duplex wireless systems
Tam çift yönlü kablosuz haberlesme sistemleri için sayısal özgirisim giderimi
MUHAMMAD SOHAIB AMJAD
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiSabancı ÜniversitesiElektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ÖZGÜR GÜRBÜZ ÜNLÜYURT
PROF. DR. İBRAHİM TEKİN
- An efficient interference-aware constrained beamforming and receiver design for mm-wave hybrid massive MIMO with non-orthogonal multiple access
Dik olmayan çoklu erişimli milimetre dalga hibrit masif MIMO için efektif bir girişim duyarlı hüzme şekillendirme ve alıcı tasarımı
MURAT BAYRAKTAR
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ GÖKHAN MUZAFFER GÜVENSEN
- Değişik kırmık dalga biçimlerinin kullanıldığı genelleştirilmiş Çok taşıyıcılı dogrudan dizili kod bölmeli çoklu erişim (ÇT DD-KBÇE) sisteminde optimum alttaşıyıcı aralığın değişiminin incelenmesi
Investigation of the variation of optimum subcarrier spacing for generalized Multicarrier direct-sequence code-division multiple-access (MC DS-CDMA) system with different chip waveforms
KENAN KOÇKAYA
Yüksek Lisans
Türkçe
2008
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiErciyes ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. İBRAHİM DEVELİ
- An interference and beam squint aware hybrid massive MIMO for spatial wideband BDMA channels
Uzaysal geniş bantlı BDMA kanalları için girişime ve hüzme şaşmasına duyarlı bir hibrit masif MIMO
HAKAN ÖZEN
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ GÖKHAN MUZAFFER GÜVENSEN
- Design of smart antenna array for interference suppression in GPS
GPS sistemlerinde girişim baskılamak için akıllı anten tasarımı
ÖMER CAN DABAK
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. LALE ALATAN
PROF. DR. SEYİT SENCER KOÇ