Advanced spatial modulation systems for future MIMO systems
Yeni nesil MIMO sistemler için gelişmiş uzaysal modülasyon sistemleri
- Tez No: 767769
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ERTUĞRUL BAŞAR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Koç Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Haberleşme Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 54
Özet
Uzaysal modülasyon (SM) tekniği, geleceğin kablosuz iletişim teknolojilerinin gereksinimlerini karşılamak adına çok girişli çok çıkışlı (MIMO) sistemler için umut verici bir iletim tekniği olarak gözükmektedir. SM, her zaman diliminde yalnızca bir verici anteni etkinleştirir ve aktif verici antenin indissleri aracılığıyla ek bilgi bitlerini iletmektedir. Böylece, $M$ olan bir modülasyon seviyesi artırılmadan spektral verimlilik artırılmaktadır. Ayrıca, SM yalnızca bir radyo frekansı (RF) zinciri gerektirmektedir; bu, yalnızca bir verici antenin etkinleştirilmesi nedeniyle düşük seviyeli donanım karmaşıklığı ve kanallar arası parazit (ICI) iptali anlamına gelmektedir. Son yıllarda, SM'nin avantajları nedeniyle SM tabanlı iletim tekniklerinin tasarımı genel bir araştırma konusu haline gelmiştir ve akıllı SM tabanlı tasarımların, ilgili spektral verimliliği ve bit hata oranı (BER) performansını artırabileceği görülmektedir. SM. Bu tezde, yeni nesil MIMO sistemleri için üç özgün SM tabanlı iletim şeması önerilmektedir. İlk olarak, yeni bir iletim şeması olan verici anten gruplamalı dik SM (TAG-QSM) önerilmektedir. TAG-QSM'nin motivasyonu, uzaysal alandaki bilgi bitlerinin sayısını arttırarak literatürdeki mevcut şemalardan daha düşük modülasyon seviyesi elde etmektir. TAG-QSM'de eşit sayıda verici antene sahip verici anten grupları oluşturulmaktadır. Daha sonra, ilk bit grubu, simgenin gerçek ve sanal kısımlarının iletimi için ayrı ayrı verici anten gruplarının indislerini belirlemektedir. Gelen ikinci bit grubu, belirlenen verici anten gruplarının her birinden bir verici anten seçmektedir. İletilen simge, son bit grubu kullanılarak belirlenmektedir. Sonuç olarak, uzaysal alanda iletilen bilgi bitlerinin sayısındaki artış, referans şemalara göre daha düşük modülasyon seviyesi ve iyileştirilmiş BER performansı olarak sonuçlanmaktadır. Bu çalışmada, BER için teorik üst sınır elde edilmiştir ve TAG-QSM'nin BER performansını referans şemalar ile karşılaştırmak ve teorik BER üst sınırının tutarlılığını göstermek için Monte Carlo simülasyonları yapılmıştır. İkinci olarak, gelecek nesil çok girişli çok çıkışlı (MIMO) sistemleri için verici anten seçimli esnek uzaysal modülasyon (FSM-TAS) tanıtılmaktadır. Bu şemada, aktif antenlerin sayısı, gelen bitlere bağlı olarak her zaman aralığında değişir. Aktif anten sayısı belirlendikten sonra, olası her aktif anten kombinasyonuna karşılık gelen kanal katsayıları toplanır. Daha sonra, en büyük kazançlara sahip belirli sayıda anten kombinasyonu SM uygulamak için seçilmektedir. Önerilen sistem için karmaşıklık ve kesinti olasılığı analizleri yapılmıştır. Ayrıca, FSM-TAS'ın aynı spektral verimlilik, aynı sayıda verici altında genelleştirilmiş anten seçimli iyileştirilmiş uzamsal modülasyondan (ESM-GAS) daha iyi bit hata oranı (BER) performansı sağladığı Monte Carlo simülasyonları ile gösterilmiştir. Üçüncü olarak, çok girişli çok çıkışlı (MIMO) sistemler için sinyal alanı çeşitliliğini kullanan sinyal ve uzay çeşitlemeli uzaysal modülasyon (SM-SSD) önerilmektedir. Bu şemada ardışık zaman dilimleri birlikte işlenmekte ve iletim çeşitliliği amacıyla veri sembollerinin iletiminde sinyal ve uzay çeşitleme (SSD) tekniği uygulanmaktadır. Ek olarak, çoğullama çeşitliliği bozulmasını önlemek için akıllı bir aktif anten aktivasyon algoritması tanıtılmaktadır. Üst sınır türetme yapılır ve Monte Carlo simülasyonları ile karşılaştırılmaktadır. Ayrıca BER performans karşılaştırması literatürdeki referans şemalar ile gösterilmiştir. Son olarak, minimum kodlama kazanç mesafesi (MCGD) kriterlerini maksimize etmek için döndürme açıları için alt optimal çözüm ifade edilmiştir.
Özet (Çeviri)
Spatial modulation (SM) seems like a promising transmission technique for multiple-input multiple-output (MIMO) systems to meet the requirements of future wireless communication technologies. SM activates only one transmit antenna in each time slot and conveys additional information bits through the indices of active transmit antennas. Thus, the spectral efficiency increases without increasing the modulation order. Besides, SM requires only one radio frequency (RF) chain, which means low-level hardware complexity and inter-channel interference (ICI) cancellation due to the activation of only one transmit antenna. In recent years, the design of SM-based transmission techniques has become a general research topic because of the advantages of SM, and it is seen that clever SM-based designs can increase the spectral efficiency and bit error rate (BER) performance concerning SM. In this thesis, three novel SM-based transmission schemes are proposed for next-generation MIMO systems. Firstly, a novel transmission scheme named transmit antenna grouping quadrature SM (TAG-QSM) is proposed. The motivation of TAG-QSM is to increase the number of information bits in the spatial domain to achieve lower modulation order than the existing schemes in the literature. In TAG-QSM, transmit antenna groups with an equal number of transmit antennas are created. After that, first, the incoming bit group determines the indices of transmit antenna groups separately for the transmission of the real and imaginary parts of data symbol. The second incoming bit group chooses one transmit antenna from each of the determined transmit antenna groups. Data symbol is determined using the last bit group. To conclude, the increase in the number of additional information bits in the spatial domain results in lower modulation order and improved BER performance concerning the benchmark schemes. In this study, the theoretical upper bound is derived for BER, and Monte Carlo simulations are demonstrated for comparing the BER performance of TAG-QSM with the benchmark schemes and showing the consistency of the theoretical upper bound of BER derivation. Secondly, flexible spatial modulation with transmit antenna selection (FSM-TAS) is introduced for future multiple-input multiple-output (MIMO) systems. In this scheme, the number of active antennas varies in each time slot depending on the incoming bits. After determining the number of active antennas, channel coefficients corresponding to each possible active antenna combination are added up. Then, a certain number of antenna combinations with largest gains is selected to apply spatial modulation (SM). For the proposed system, complexity and outage probability analyses are performed. In addition, it has been shown by Monte Carlo simulations that FSM-TAS provides better bit error rate (BER) performance than the benchmark scheme, named enhanced spatial modulation with generalized antenna selection (ESM-GAS) \cite{qing2021enhanced}, under the same spectral efficiency, the same number of transmitter and receiver antennas. Thirdly, spatial modulation (SM) using signal space diversity (SM-SSD) is proposed for multiple-input multiple-output (MIMO) systems. In this scheme, consecutive time slots are processed jointly and signal and space diversity (SSD) technique is applied for the transmission of data symbols to obtain transmit diversity. In addition, a clever active antenna activation algorithm is introduced to prevent transmit diversity degradation. An upper bound BER derivation is performed and compared with Monte Carlo simulations. Besides, BER performance comparison is demonstrated with the reference schemes in the literature. Lastly, the suboptimal solution for the rotation angles is expressed to maximize minimum coding gain distance (MCGD).
Benzer Tezler
- Next-generation MIMO systems: From index modulation to deep learning
Yeni nesil çok-girişli çok-çıkışlı sistemler: İndis modülasyonundan derin öğrenmeye
BURAK ÖZPOYRAZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKoç ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ERTUĞRUL BAŞAR
- Index modulation based designs, error performance and physical layer security analyses for unmanned aerial vehicle networks
İnsansız hava aracı ağları için indis modülasyonu tabanlı tasarımlar, hata performansı ve fiziksel katman güvenlik analizleri
AYŞE BETÜL BÜYÜKŞAR
Doktora
İngilizce
2024
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik-Haberleşme Eğitimi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İBRAHİM ALTUNBAŞ
- A friendly physical layer warden system
Dost bir fiziksel katman bekçi sistemi
MİRAÇ KUMRAL
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜNEŞ ZEYNEP KARABULUT KURT
- Hava kalitesi üzerindeki meteorolojik ve emisyon etkilerinin belirlenmesinde makine öğrenmesi tabanlı meteorolojik normalleştirme yönteminin uygulanması
Application of machine learning-based meteorological normalization to quantify meteorological and emissions impacts on air quality
MUHAMMED DENİZOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Meteorolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiMeteoroloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALİ DENİZ
- Gelecek nesil kablosuz haberleşme sistemleri için gelişmiş indis modülasyon sistemlerinin performans analizi
Performance analysis of advanced index modulation systems for next generation wireless communication systems
BURAK AHMET ÖZDEN
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Medeniyet ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ERDOĞAN AYDIN