Design of low complexity unsourced random access schemes over wireless channels
Kablosuz kanallar üzerinde düşük karmaşıklıklı kaynaksız rastgele erişim şemalarının tasarımı
- Tez No: 841623
- Danışmanlar: PROF. DR. TOLGA METE DUMAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- 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: 129
Özet
Altıncı Nesil ve Ötesi iletişim sistemlerinin çok sayıda makine tipi cihazın iletişimini sağlaması beklenmektedir. Bu cihazlardan bazılarının oluşturduğu trafik, geleneksel iletişim senaryolarından önemli ölçüde farklı olacaktır. Örneğin, çok sayıda ucuz sensörün bir baz istasyonu (BS) ile iletişim kurduğu uygulamalarda, cihazlar yalnızca ara sıra aktif olacak ve aralarında veya BS ile herhangi bir koordinasyon olmayacaktır. Masif rastgele erişim çözümleri gerektiren sistemler için yakın zamanda kaynaksız rastgele erişim (URA) adı verilen yeni bir paradigma önerilmiştir. URA'da tüm kullanıcılar aynı kod kitabını kullanır ve kullanıcı kimliği yoktur. Hedef yalnızca aktif kullanıcı grubundan gönderilen mesajların listesiyle ilgilenir. Güncel literatürde geliştirilen birçok ilginç URA şeması olmasına rağmen, özellikle düşük karmaşıklıklı ve enerji açısından verimli çözümlerin tasarlanması konusunda birçok önemli zorluk devam etmektedir. URA'daki mevcut zorlukların üstesinden gelme motivasyonuyla çeşitli senaryolar için pratik çözümler geliştiriyoruz. İlk olarak, sönümleme etkilerini azaltmak için dikey frekans bölmeli çoklama yoluyla frekans seçici kanallar üzerinden URA'yı öneriyoruz ve üzerinde çalışıyoruz. Kod çözücü, girişimi gürültü olarak ele alma ve ardışık girişim iptali (SIC) ile birleştirilmiş bir ortak aktivite algılama ve kanal kestirimi algoritması kullanır. Sonuçlarımız, önerilen şemanın, hibe bazlı frekans bölmeli çoklu erişim ile rekabetçi bir performans sunduğunu ve tahmini kanal durumu bilgisinden kaynaklanan performans kaybının sınırlı olduğunu göstermektedir. Daha sonra alıcının çok sayıda antenle donatıldığı senaryoyu inceliyoruz ve iletim çerçevesini, her aktif kullanıcının dikey olmayan bir pilot diziyi ve ardından kutupsal kodlanmış kod sözcüğünü kullandığı yarıklara bölerek basit ama enerji açısından verimli bir çözüm geliştiriyoruz. Alıcıda, ilk önce genelleştirilmiş bir dikey eşleştirme takip algoritması ile iletilen pilot dizileri tespit ediyoruz ve kanal vektörlerini tahmin etmek için doğrusal bir minimum ortalama kare hatası (LMMSE) çözümü kullanıyoruz. Daha sonra maksimum oran birleştirme ve tek kullanıcılı kod çözmeye ve ardından SIC'ye dayalı yinelemeli kod çözme gerçekleştiriyoruz. Sayısal örnekler ve analiz sonuçları, önerilen şemanın literatürdeki mevcut yaklaşımlardan daha iyi performans gösterdiğini veya daha düşük karmaşıklıkla rekabetçi bir performansa sahip olduğunu göstermektedir. Daha sonra çözümümüzü, donanım bozuklukları (HWI) istatistiklerini kullanan kanal kestirimi için donanım bozukluğuna duyarlı bir LMMSE çözümü geliştirerek BS ve kullanıcı ekipmanı tarafında kalan donanım bozukluklarının olduğu senaryolara uyarlıyoruz ve yeni önerilen çözümün enerji verimliliğini ve desteklenen aktif kullanıcı sayısını artırdığını gözlemliyoruz. Son olarak, her aktif kullanıcının iletim çerçevesinin küçük bir bölümünü kullandığı açma-kapama bölmeli çoklu erişimi URA bağlamında inceliyoruz ve yeni yaklaşımın performans veya karmaşıklık açısından mevcut yaklaşımlardan üstün olduğunu gösteriyoruz.
Özet (Çeviri)
The Sixth Generation and Beyond communication systems are expected to enable communications of a massive number of machine-type devices. The traffic generated by some of these devices will significantly deviate from those in conventional communication scenarios. For instance, for applications where a massive number of cheap sensors communicate with a base station (BS), the devices will only be sporadically active and there will be no coordination among them or with the BS. For such systems requiring massive random access solutions, a new paradigm called unsourced random access (URA) has recently been proposed. In URA, all the users employ the same codebook and there is no user identity. The destination is only interested in the list of messages being sent from the set of active users. While there are many interesting URA schemes developed in the recent literature, many significant challenges remain, in particular in designing low-complexity and energy-efficient solutions. With the motivation of addressing the current challenges in URA, we develop practical solutions for several scenarios. First, we propose and study URA over frequency-selective channels via orthogonal frequency division multiplexing to mitigate the fading effects. The decoder employs a joint activity detection and channel estimation algorithm coupled with treating interference as noise and successive interference cancellation (SIC). Our results show that the proposed scheme offers competitive performance with grant-based frequency division multiple-access while the performance loss due to the estimated channel state information is limited. We then examine the scenario for which the receiver is equipped with a massive number of antennas and develop a simple yet energy-efficient solution by dividing the transmission frame into slots where each active user utilizes a non-orthogonal pilot sequence followed by its polar encoded codeword. At the receiver, we first detect the transmitted pilot sequences by a generalized orthogonal matching pursuit algorithm and utilize a linear minimum mean square error (LMMSE) solution to estimate the channel vectors. We then perform iterative decoding based on maximal ratio combining and single-user decoding followed by SIC. Numerical examples and analysis results demonstrate that the proposed scheme either outperforms the existing approaches in the literature or has a competitive performance with lower complexity. We then adapt our solution to the scenarios with residual hardware impairments (HWIs) at the BS and the user equipment sides by developing a hardware-impairment aware LMMSE solution for channel estimation using the HWI statistics and observe that the newly proposed solution improves the energy efficiency and increases the number of supported active users. Finally, we study on-off division multiple access in the context of URA where each active user utilizes a small fraction of the transmission frame and show that the new approach is superior to the existing ones in terms of performance or complexity.
Benzer Tezler
- A low complexity adaptive framework for the rate and performance enhancement of pmd limited fiber optic communication systems
Pmd ile sınırlı fiber optik haberleşme sistemlerinin hız ve performanslarının artırılması için düşük karmaşıklıklı uyarlamalı bir sistem
TURGUT MUSTAFA ÖKTEM
Yüksek Lisans
İngilizce
2006
Bilim ve TeknolojiKoç ÜniversitesiElektrik ve Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ALPER TUNGA ERDOĞAN
- Quick discovery of mobile devices: Carrier sensing orsimultaneous detection
Başlık çevirisi yok
ALTUĞ KARAKURT
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolThe Ohio State UniversityDR. ATİLLA ERYİLMAZ
- Design and analysis of communication systems with higherror correction capability through optimization
Yüksek hata düzeltme yeteneğine sahip iletişim sistemlerinin eniyileme yoluyla tasarım ve analizi
BANU KABAKULAK
Doktora
İngilizce
2018
Endüstri ve Endüstri MühendisliğiBoğaziçi ÜniversitesiEndüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ZEKİ CANER TAŞKIN
- Uzaysal modülasyonda enerji hasatlama
Energy harvesting in spatial modulation
SAFA ÇELİK
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HASAN ÜMİT AYGÖLÜ
- Eşikaltı FGMOS transistorlar ile düşük gerilimde çalışan analog YSA devre bloklarının tasarımı
Design of low voltage analog ANN circuit blocks by using subthreshold FGMOS transistors
FATİH KELEŞ
Doktora
Türkçe
2010
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TÜLAY YILDIRIM