Code design for interference channels
Girişim kanalları için kod tasarımı
- Tez No: 603440
- Danışmanlar: PROF. DR. TOLGA METE DUMAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 134
Özet
Kablosuz cihazların sayısının önemli ölçüde yükselmesiyle kablosuz cihazlar iletişimlerinde daha fazla girişim sinyaline maruz kalmaktadır. Kablosuz ağlarda girişimi yönetmek iletişimin değişik katmanlarında ele alınabilecek, kablosuz iletişimin geleceği için önemli bir zorluktur. Kanalda girişimin varlığında güvenilir iletişim sağlayabilecek, bilgi teorik limitlere yakın kanal kodlarının tasarımı servis kalitesini artırmanın yollarından birisidir. Yukarıdaki motivasyonla, bu araştırmada girişim kanalları (IC) için kod tasarımına odaklandık. İlk olarak iki kullanıcılı sönümlemeli IC'yi göz önünde bulundurduk ve düşük-yoğunluklu parite-kontrol (LDPC) kodlarıyla neredeyse statik ve hızlı sönümleme senaryoları için değişik kodlama/kod çözme şemalarını uyguladık. Han-Kobayashi (HK) kodlama şemasını kullandık, LDPC kod grupları için stabilite koşulları türettik ve açık ve pratik kod tasarımları elde ettik. Kod çözme eşiklerini kestirebilmek amacıyla, dışsal bilgi transferi (EXIT) analizinin komponent LDPC kod çözücülerden durum düğümlerine gelen mesajlar için ikili silinti kanalları (BEC) yaklaştırmasına dayalı değiştirilmiş bir versiyonunu kullandık. Önerilen kod tasarımı hızlı ve neredeyse statik sönümlemeli durumlar için birçok örnekte kullanılmıştır. Kapsamlı örnekler dizayn edilen kodların ulaşılabilir bilgi teorik limitlere yakın performansla çalıştığını göstermiştir. Ayrıca, Alamouti şemasını sönümlemeli girişim kanalları için kullanan çoklu anten iletimleri üzerinde çalışılmıştır; özel bir alıcı yapısı geliştirilmiş ve belirli kodlar incelenmiştir. Son olarak, dizayn edilmiş kodların noktadan-noktaya (P2P) en iyi kodlara göre avantajları asimtotik ve sonlu blok uzunluklu simülasyonlarla gösterilmiştir. Sonraki aşamada klasik iki kullanıcılı girişim kanallarının vericilerden birisinin (bilişsel verici) diğerlerinin (özel kullanıcı) nedensel olmayan mesaj bilgisine sahip olduğu bir versiyonu olan bilişsel girişim kanallarını (CIC) göz önünde bulundurduk. Bilgi teorik sonuçların yardımıyla CIC için birincil kod çözücü bilişsel alanında açık bir kodlama şeması tasarladık. Özgün bir birleşik kod çözücü sunduk ve yapımız için düşük yoğunluklu parite kodları tasarladık. Simülasyon sonuçları önerilen birleşik kod çözücünün ve tasarlanan kodların geleneksel maksimum oran birleştirmesi kod çözücüsü ve noktadan-noktaya en iyi kodlardan daha iyi çalıştığını göstermiştir. Daha sonra, vericide kanal yardımcı bilgisinin mevcut olduğu P2P iletişim için esnek modülasyon fikrini önerdik ve değerlendirdik. Bu yöntem kirli kağıt kodlaması (DPC) kadar iyi çalışmasa da basitliği tekniğin ana avantajıdır. Ayrıca, esnek modülasyon tekniği kanal durum bilgisindeki yanlışlıklara daha çok dayanıklılık göstermektedir. Son olarak, kullanıcılardan birinin nedensel olmayan mesaj bilgisinin diğer kullanıcıda bulunduğu bir çoklu erişim kanalı (MAC) göz önünde bulundurduk. Birleşik kodlama fikrini önerdik ve simülasyon sonuçları bu tekniğin klasik kodlama şemasından daha iyi çalıştığını göstermiştir.
Özet (Çeviri)
As the number of wireless devices dramatically increases, they experience more interference in their communications. As a result, managing interference in wireless networks is an important challenge in future wireless communication systems, which can be tackled in different layers of communications. Designing good channel codes, which can enable reliable communication close to the information theoretic limits in the presence of interference, is one of the ways to increase the quality of service. With the above motivation, in this research, we focus on code design for interference channels (ICs). We, first consider classical two-user fading IC and study implementation of different encoding/decoding schemes with low-density parity-check (LDPC) codes for both quasi-static and fast fading scenarios. We adopt the Han-Kobayashi (HK) type encoding, derive stability conditions on the degree distributions of LDPC code ensembles, and obtain explicit and practical code designs. In order to estimate the decoding thresholds, a modified form of the extrinsic information transfer (EXIT) chart analysis based on binary erasure channel (BEC) approximation for the incoming messages from the component LDPC decoders to state nodes is developed. The proposed code design is employed in several examples for both fast and quasi-static fading cases. A comprehensive set of examples demonstrates that the designed codes perform close to the achievable information theoretic limits. Furthermore, multiple antenna transmissions employing the Alamouti scheme for fading ICs are studied; a special receiver structure is developed, and specific codes are explored. Finally, advantages of the designed codes over point-to-point (P2P) optimal ones are demonstrated via both asymptotic and finite block length simulations. Next, we consider cognitive interference channels (CICs), a variant of classical two-user ICs in which one of the transmitters (cognitive transmitter) has non-causal knowledge of the other's (private user's) message. Prompted by the information theoretical results, we design an explicit coding scheme for CIC in the primary decodes cognitive regime. We present a novel joint decoder and design LDPC codes for our set-up. Simulation results demonstrate that the proposed joint decoder and the designed codes outperform the conventional maximum ratio combining type decoder and the point-to-point optimal codes, respectively. Later, we propose and evaluate the idea of flexible modulation for P2P communication with available channel side information at the transmitter. This technique does not perform as well as dirty paper coding (DPC); however, its simplicity is a major advantage. Also the flexible modulation technique shows more robustness to inaccuracy in the channel state information. Finally, we consider a multiple access channel (MAC) in which the non-causal knowledge of one of the users' message is available at the other user. We consider both Gaussian channel and fading scenarios. We propose the idea of joint encoding, and study its performance via simulations demonstrating that the proposed approach outperforms the classical coding scheme.
Benzer Tezler
- Coding schemes for energy harvesting and multi-user communications
Enerji hasadı yapılan ve çok-kullanıcılı haberleşme sistemleri için kodlama yöntemleri
MEHDI DABIRNIA
Doktora
İngilizce
2017
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TOLGA METE DUMAN
- Sönümlemeli kanallarda kafes kodlamalı sistemler için birleşik serpiştirme tekniği
Combined interleaving technique for trellis coded systems in feding channels
ERSİN ÖZTÜRK
Yüksek Lisans
Türkçe
1998
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ÜMİT AYGÖLÜ
- Multidimensional signal analysis for wireless communications systems
Başlık çevirisi yok
ALİ GÖRÇİN
Doktora
İngilizce
2013
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiUniversity of South FloridaPROF. HÜSEYİN ARSLAN
- 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
- Design of vehicular communication systems employing physical layer network coding over cascaded fading channels
Kaskad sönümlemeli kanallarda fiziksel katman ağ kodlama yapan araçlar arası haberleşme sistemlerinin tasarımı
SERDAR ÖZGÜR ATA
Doktora
İngilizce
2017
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İBRAHİM ALTUNBAŞ