OFDM-based novel waveform design for 5G and beyond wireless communication networks
5G ve ötesi kablosuz iletişim ağları için OFDM tabanlı özgün dalga formu tasarımı
- Tez No: 648391
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ERTUĞRUL BAŞAR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2020
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Koç Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 73
Özet
İndis modülasyonlu dik frekans bölmeli çoğullama (orthogonal frequency division multiplexing with index modulation, OFDM-IM), üstün hata performansı, çalışma esnekliği ve uygulanma kolaylığı gibi cazip avantajları nedeniyle 5G ve ötesi kablosuz ağları için umut verici çok taşıyıcılı dalga formu adayı olarak ortaya çıkmaktadır. OFDM-IM'in kendisi, gelişmiş mobil geniş bant (enhanced mobile broadband, eMBB) ve aşırı güvenilir ve düşük gecikmeli haberleşme (ultra-reliable and low-latency communications, URLLC) gibi 5G hizmetleri için uygun bir seçim olmayabilir, çünkü boş alt taşıyıcıları sebebiyle yüksek veri hızlarına ulaşmak zorlayıcıdır ve kritik görev uygulamaları için de hata performansı yeterli seviyede değildir. Fakat, OFDM-IM'in esnek yapısı büyük bir potansiyele sahiptir ve gelecek eMBB ve URLLC uygulamalarının gereksinimlerini karşılamak için daha gelişmiş OFDM-IM tabanlı dalga formları tasarlanabilir. eMBB için, OFDM-IM'in bant verimliliğini arttırmak için bir çözüm, veri iletimi için boş alt taşıyıcılardan da faydalanılarak birden fazla ayırt edilebilir sinyal kümelerinin kullanılmasıdır. Ayrıca, URLLC uygulamaları için uygun bir dalga formu oluşturmak için seyrek yapılı bir OFDM-IM bloğu kullanılabilir. Bu tezde, OFDM-IM'in ilgi çekici özelliklerinden istifade edilerek, uygulama tabanlı yeni dalga formları tasarlanmıştır. Bölüm 1'de, süper mod OFDM-IM (super-mode OFDM-IM, SuM-OFDM-IM) adı verilen özgün bir IM tekniği önerilmektedir, burada mod etkinleştirme paternleri (mode activation patterns, MAPs) ve alt taşıyıcı etkinleştirme paternleri (subcarrier activation patterns, SAPs) birlikte seçilmekte ve geleneksel veri sembolleri birden fazla alt taşıyıcı üzerinde çeşitleme kazancı sağlamak amacıyla tekrardan kodlanmaktadır. Önerilen şema için, düşük karmaşıklıkta bir alıcı tasarlandı, teorik analizler gerçekleştirildi ve bit hata oranı (bit error rate, BER) üst sınırı elde edildi. Önerilen sistemin performansı, yazılım tabanlı radyo (software-defined radio, SDR) tabanlı bir prototip kullanılarak yapılan gerçek zamanlı deneylerle de incelenmektedir. SuM-OFDM-IM'in bant verimliliği ve hata performansı açısından ümit verici sonuçlar sergilediği gösterilmekte; bu nedenle, 5G ve ötesi haberleşme sistemleri için potansiyel bir aday olarak görülmektedir. Bölüm 2'de, indis modülasyonlu alt taşıyıcılara özgün bir güç dağıtım tekniğinin uygulandığı güç dağıtım indis modülasyonlu OFDM (OFDM with power distribution index modulation, OFDM-PIM) şeması önerilmektedir. Ayrıca, veri sembollerinin gerçek ve sanal kısımlarında bağımsız olarak aynı güç dağıtım işleminin uygulandığı fazda/dik PIM'li OFDM (OFDM with in-phase/quadrature PIM, OFDM-I/Q-PIM) şeması önerilmektedir. OFDM-PIM ve OFDM-I/Q-PIM şemalarının ortalama bit hata olasılıkları (average bit error probability, ABEP) elde edilmekte ve önerilen şemaların referans şemalara göre üstünlükleri kapsamlı bilgisayar benzetimleri ile gösterilmektedir. Son olarak, Bölüm 3'te, seyrek vektör kodlama (sparse vector coding, SVC) şeması için bir arama tablosuna ihtiyaç duymadan tüm olası etkinleştirme paternlerini (activation pattern, AP) kullanabilen düşük karmaşıklıklı bir kodlama/kod çözme algoritması önerilmektedir. Bilgisayar benzetim sonuçları, önerilen düşük karmaşıklıklı algoritmanın sadece üstün bir BER performansı sağlamakla kalmayıp, aynı zamanda sıradan SVC yaklaşımına kıyasla arttırılmış bant verimliliği sağladığını göstermektedir.
Özet (Çeviri)
Orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) with index modulation (OFDMIM) appears as a promising multi-carrier waveform candidate for 5G and beyond wireless networks due to its attractive advantages such as superior error performance, operational flexibility, and ease of implementation. OFDM-IM itself may not be a proper choice for 5G services such as enhanced mobile broadband (eMBB) and ultra-reliable and low-latency communications (URLLC) since achieving high data rates is challenging because of its null subcarriers and also its error performance is not at a sufficient level for mission critical applications. However, the flexible structure of OFDM-IM has a great potential and more sophisticated OFDM-IM-based waveforms can be designed to meet the requirements of future eMBB and URLLC applications. For eMBB, one solution to enhance the spectral efficiency of OFDM-IM is the employment of multiple distinguishable constellations (modes) by also exploiting its null subcarriers for data transmission. Furthermore, an OFDM-IM block with a sparse structure can be utilized to generate a suitable waveform for URLLC applications. In this thesis, application-based novel waveforms are designed by enjoying the appealing features of OFDM-IM. In Chapter 1, a novel IM technique called super-mode OFDM-IM (SuM-OFDM-IM) is proposed, where mode activation patterns (MAPs) and subcarrier activation patterns (SAPs) are jointly selected and conventional data symbols are repetition coded over multiple subcarriers to achieve a diversity gain. For the proposed scheme, a low-complexity detector is designed, theoretical analyses are performed and a bit error rate (BER) upper bound is derived. The performance of the proposed system is also investigated through real-time experiments using a software-de fined radio (SDR) based prototype. It is shown that SuM-OFDM-IM exhibits promising results in terms of spectral efficiency and error performance; thus, appears as a potential candidate for 5G and beyond communication systems. In Chapter 2, OFDM with power distribution index modulation (OFDM-PIM) is proposed where a unique power distribution technique is applied to index modulated subcarriers. Furthermore, OFDM with in-phase/quadrature PIM (OFDM-I/Q-PIM), which independently performs the same power distribution process on the real and imaginary parts of the data symbols, is proposed. Average bit error probabilities (ABEP) of OFDM-PIM and OFDM-I/Q-PIM are obtained and the superiority of the proposed schemes over reference schemes is demonstrated via extensive computer simulations. Finally, in Chapter 3, a low-complexity encoding/decoding algorithm is proposed for the sparse vector coding (SVC) scheme, which allows the use of all possible activation patterns (APs) without the need for a look-up table. Computer simulation results reveal that the proposed low-complexity algorithm provides not only a superior BER performance but also improved spectral efficiency compared to the ordinary SVC approach.
Benzer Tezler
- Waveform design for 5G and beyond wireless communication networks
5G ve ötesi kablosuz haberleşme ağları için dalga formu tasarı
SALAH EDDINE ZEGRAR
Doktora
İngilizce
2024
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Medipol ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği ve Siber Sistemler Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HÜSEYİN ARSLAN
- Waveform design and multiple access techniques for 5G and beyond wireless communication systems
Başlık çevirisi yok
EMRE ARSLAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKoç ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ERTUĞRUL BAŞAR
- Advanced cross-layer secure communication designs for future wireless systems
Geleceğin kablosuz sistemlerinde katmanlar arası ileri güvenli haberleşme tasarımları
JEHAD MAHMOUD AMIN HAMAMREH
Doktora
İngilizce
2018
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Medipol ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HÜSEYİN ARSLAN
- 5G waveform design and software defined radio based proof of concept implementations
5G dalga formu tasarımı ve yazılım tabanlı radyo tabanlı kavram kanıtlama gerçeklemeleri
SELAHATTİN GÖKCELİ
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. GÜNEŞ ZEYNEP KARABULUT KURT
- 5G challenges : Waveform design and D2D communication
5g zorluklar: dalga biçimi tasarımı ve D2D iletişimi
HENGAMEH TAKSHI
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Medipol ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Prof. Dr. HÜSEYİN ARSLAN
Assoc. Prof. Dr. GÜLÜSTAN DOĞAN