Digital self-interference cancellation in full-duplex wireless systems
Tam çift yönlü kablosuz haberlesme sistemleri için sayısal özgirisim giderimi
- Tez No: 444546
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ÖZGÜR GÜRBÜZ ÜNLÜYURT, PROF. DR. İBRAHİM TEKİN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2016
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 101
Özet
Günümüzdeki yarı çift yönlü kablosuz haberleşme teknolojileri ile gün geçtikçe artan veri trafiğinin karşılanması zorlaşmaktadır. Son zamanlarda yapılan çalışmalarda gösterilen tam çift yönlü (ÇY) haberleşme ile, spektral verimliliğin yarı çift yönlü sistemlere göre iki katına çıkarılması ve günümüzün kablosuz haberleşme ihtiyaçlarına etkin bir çözüm oluşturulması mümkün olabilecektir. Öz-girişim giderimi tam çift yönlü haberleşme için büyük önem arz etmektedir; zira, tam ÇY haberleşmenin basarımını öz-girişim gideriminden sonra kalan artık girişim belirlemektedir. ÇY sistemlerin alıcılarında özgirişim giderimi iki aşamada gerçeklenir. Bunlardan ilki analog düzlemde ve RF devre seviyesinde, ikincisi de sayısal düzlemde temel bant üzerinde giderimi sağlamaktadır. Son aşamada yapılan sayısal giderim alıcı girişindeki işaretin gürültüye oranını belirlemektedir. Bu tezde, ÇY radyolarda sayısal öz-girisim için özgün, frekans düzleminde çalısan yeniden yapılanma teknikleri önerilmektedir. Literatürde var olan ve burada önerilen yeniden yapılandırma teknikleri farklı öz-girisim kestirimi algoritmaları ile birleştirilerek basarımları, WiFi, LTE gibi güncel sistemlerde olduğu gibi, OFDM'e dayalı bir hava ara yüzü için ve gürültülü ve sönümlemeli kablosuz kanal modelleri ile incelenmiştir. Sayısal öz-girişim giderim tekniklerinin basarım analizleri, detaylı benzetimlerin yanında, WARP Yazılım Tabanlı Radyo (YTR) sistemi üzerinde kapsamlı testler ile yapılmış, ayrıca algoritmaların hesaplama karmaşıklıkları da analiz edilmistir. Benzetim ve test sonuçları doğrultusunda, toplanan beyaz gauss gürültüsü (AWGN) altında sayısal öz-girişim giderimi, alınan işaretin gürültüye oranı ile doğru orantılı olarak artmakta olup, yapılan çalışmada en yüksek 36dB giderim elde edilmiştir. Sönümlemeli kanal altında bütün sayısal giderim tekniklerinin yetkinlikleri zayıflamakta, özellikle, artan kanal gecikme yayılımı ile basarım daha da düşmektedir. Ayrıca, frekans düzleminde yapılan kestirimler büyük gecikme yayılımlarına daha dirençlidir ve zaman düzleminde yapılan kestirimlere göre daha iyi performans göstermektedir. Buna ek olarak, en küçük kare frekans düzlemi kestirimi ile yapılan öz-girişim giderimi ile zaman düzleminde yapılan giderime göre 5 – 10 dB iyilesme görülürken hesaplama karmaşıklığı da dörtte bir oranında azalmaktadır. Bunlara ek olarak, benzetim ve testler ile öz-girisim giderim yetkinliğinin eğitim dizisinin uzunluğu ile 1 dB kadar daha artırılabildiği gözlemlenmistir. Eğitim dizisi preamble yapısını değistirirek yapılmaktadır. Son olarak, tam ÇY haberlesme WARP YTR düzeneği üzerinde, hem zaman hem frekans düzleminde yeniden yapılandırma teknikleri kullanılarak gösterilmiş, aynı zamanda gönderim ve ton işaretinin başarı ile alımı gerçeklenmiştir.
Özet (Çeviri)
Present half-duplex (HD) wireless technologies are currently striving to meet the growing demand of high speed wireless connectivity. Recent works have demonstrated the feasibility and potential of full-duplex (FD) wireless systems to double the spectral efficiency of HD systems, which makes FD communication an attractive solution to address the present wireless spectral congestion. Self-interference (SI) cancellation is the key to FD communication and the residual SI is the major factor determining the performance of an FD radio. At the receiver of an FD system, SI suppression is achieved in two stages, first in analog domain at RF level, and then in digital domain at baseband level. Digital SI cancellation, being the last stage, plays a crucial role, as it primarily quantifies the signal-to-noise ratio (SNR) of the desired signal. In this thesis, we present a novel frequency domain approach for the reconstruction of SI signal in digital domain. For the realization and performance evaluation of the proposed and the existing time domain reconstruction approaches with different SI channel estimation algorithms, we have considered the baseband model of FD implemented on an OFDM system under time dispersive fading channel. We have evaluated the performance of digital SI cancellation techniques for such an FD system via detailed simulations and extensive tests with WARP Software Defined Radio (SDR), also analyzing computational complexity. Through the simulation and test results, it is shown that, for the AWGN channel, the amount of digital cancellation increases with increasing SNR of the received SI signal, and a maximum cancellation of 36 dB is achieved. Under fading, the SI suppression capability of all digital techniques degrades, especially with increasing delay spread. However, since the frequency domain estimation is resilient to large delay spreads, better performance is observed as compared to the time domain estimation based techniques, which are more prone to frequency selectivity. Additionally, it is demonstrated that with least square frequency domain estimate, the cancellation obtained by the proposed frequency domain reconstruction, outperforms the existing time domain approach by 5 - 10 dB, while the computational complexity is reduced to one-fourth of that required by the time domain reconstruction. Furthermore, it is observed that the SI suppression capability of the digital cancellation techniques can be improved up to 1 dB, by increasing the number of training sequence symbols, which can be achieved by slight modifications in the preamble structure. Lastly, FD operation is demonstrated on the WARP SDR set up, by applying the frequency and time domain reconstruction approaches, showing simultaneous transmission and reception of a tone.
Benzer Tezler
- Digital self-interference cancellation for in-band full-duplex communication
Bant içi tam çift yönlü haberleşme için sayısal özgirişim giderimi
HAYRETTİN AYAR
Doktora
İngilizce
2021
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiSabancı ÜniversitesiPROF. DR. ÖZGÜR GÜRBÜZ ÜNLÜYURT
- Dual port microstrip patch antennas and circuits with high interport isolation for in-band full duplex (IBFD) wireless applications
IBFD kablosuz uygulamaları için portlar arası izolasyonu yüksek, çift portlu mikro şerit yama antenlerin ve devreleri
HAQ NAWAZ
Doktora
İngilizce
2017
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiSabancı ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İBRAHİM TEKİN
- Nonlinear digital self-interference cancellation for full duplex communication
Tam çift yönlü haberleşme için doğrusal olmayan öz-girişim giderimi
MİKAİL YILAN
Doktora
İngilizce
2021
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiSabancı ÜniversitesiElektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖZGÜR GÜRBÜZ ÜNLÜYURT
DR. ÖĞR. ÜYESİ HÜSEYİN ÖZKAN
- On self-interference cancellation in wireless full duplex
Kablosuz full duplekste öz-girişim bastırma üzerine
AKSAY FATİH ÖNCEL
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALİ ÖZGÜR YILMAZ
YRD. DOÇ. DR. FATİH KOÇER
- Digital self-interference cancellation in in-band full duplex radios: FPGA implementation and extension to multiple input multiple output systems
Bant içi tam çift yönlü radyolarda sayısal özgirişim giderimi: FPGA gerçeklemesi ve çok girişli çok çıkışlı sistemlere uyarlaması
DORUK CAN ALTINTAŞ
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiSabancı ÜniversitesiElektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖZGÜR GÜRBÜZ ÜNLÜYURT