Waveform design for 5G and beyond wireless communication networks
5G ve ötesi kablosuz haberleşme ağları için dalga formu tasarı
- Tez No: 849785
- Danışmanlar: PROF. DR. HÜSEYİN ARSLAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Medipol Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği ve Siber Sistemler Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 198
Özet
Altıncı nesil (6G), güç, menzil, veri hızları, gecikme ve yayılma ortamı açısından çeşitli uygulamaların yanı sıra ağ varlıklarına da sahip olmayı vaat ediyor. Ağın genel heterojenliği, fiziksel (PHY) katman tasarımı açısından önemli zorluklar doğurmaktadır. Bu tez, PHY tasarımına yönelik olası yaklaşımları tartışmadan önce ilk olarak 5G çoklu-numerolojili ortogonal frekans bölmeli çoğullamanın (OFDM) yetersiz kaldığı bazı alanları tanımlamaktadır. Özellikle, zarif ve sürdürülebilir bir ağ gelişimini mümkün kılmak için yeni gereksinimler ortaya çıktıkça genişletilebilecek, geriye dönük olarak uyumlu, ileriye dönük ve genişletilebilir bir PHY katman çerçevesini tartışıyoruz. Ek olarak, Ortogonal Frekans Bölmeli Çoğullama (OFDM), Ortak Döngüsel Önek (CCP) OFDM, ortogonal zaman-frekans-uzay (OTFS), frekans modülasyonlu sürekli dalga (FMCW) ve ortogonal cıvıltı bölmeli çoğullama gibi 6G için çeşitli aday dalga biçimleri (OCDM) sunulmuş ve araştırılmıştır. Bu dalga formlarının kullanım durumlarına devam ederek, ilk olarak tez, MIMO sistemleri için ortogonal frekans bölmeli çoğullamaya (OFDM) dayalı yeni fiziksel katman güvenliği (PLS) şemaları önermektedir. Bu şemalar, meşru kullanıcıların performansından ödün vermeden güvenliği sağlamak için minimum aşamalı tüm geçişli kanal ayrıştırmasını kullanır. Ayrıca, CCP-OFDM için düşük karmaşıklıktaki frekans alanı kanal tahminini ve eşitlemesini mümkün kılan yeni bir alıcı-verici tasarımı tanıtılmıştır. Bu tasarım, karmaşık zaman alanı tahmin algoritmalarına olan ihtiyacı azaltır. Tez, sistem performansını artırmak için gecikme-Doppler alanındaki FCP yapısından yararlanarak ortogonal zaman-frekans-uzay (OTFS) modülasyonunda tam CP'nin (FCP) değiştirilmiş yapısını araştırıyor. Daha sonra, kesirli gecikmeyi ve düşük karmaşıklığa sahip kesirli Doppler kanalını tahmin etmek için pilot darbenin darbe-ton doğasını kullanan darbe bazlı bir kanal tahmin yöntemi önerilmektedir. Entegre algılama ve iletişim (ISAC) bağlamında, büyük bant genişliği iletimlerine veya uzun süreli çerçevelere ihtiyaç duymadan hassas aralık-hız profillerini mümkün kılan OTFS tabanlı bir sistem önerilmektedir. Bu yaklaşım, doğru algılama bilgisi sağlarken bant genişliği ve zaman üzerindeki kısıtlamaları hafifletir. ISAC ile ilgili zorlukların üstesinden gelmek için bu tezde yeni bir OTFS-FMCW dalga formu önerilmiştir. Dalga biçimi, OTFS ve FMCW'nin ortogonal çoğullamasını sağlamak için gecikme-Doppler alanındaki doğrusal cıvıltıların seyrekliğinden yararlanır ve eşzamanlı yüksek veri hızlı iletişimi ve düşük karmaşıklıkta doğru algılamayı kolaylaştırır. Ek olarak, aynı OTFS-FMCW dalga formu içinde birden fazla ortogonal cıvıltının (OC'ler) farklı kullanıcılara tahsis edildiği çok kullanıcılı bir ISAC şeması sunulmaktadır. Son olarak OCDM, potansiyel bir 6G dalga biçimi olarak araştırılıyor. Tez, OCDM dalga formlarının gecikme-Doppler alanındaki temsilini araştırarak bunların seyrek doğasını ortaya koymaktadır. Bu gözlemden yararlanarak, Fresnel alanındaki pilotların tasarımını ve gecikme-Doppler alanındaki kanal tahminini içeren, düşük karmaşıklığa sahip bir kanal tahmin tekniği önerilmektedir.
Özet (Çeviri)
A 6G promises to have a variety of applications, as well as network entities, in terms of power, range, data rates, latency, and propagation environment. The overall heterogeneity of the network poses significant challenges in terms of physical (PHY) layer design. This thesis first identifies some of the areas where the 5G multi-numerology orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) falls short before discussing the possible approaches towards PHY design. In particular, it is discussed that a backward-compatible, forward- looking, and extendable PHY layer framework can be extended as new requirements arise to enable a graceful and sustainable network evolution. Additionally, several candidate waveforms for 6G, such as Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM), Common-Cyclic Prefix (CCP) OFDM, orthogonal time-frequency-space (OTFS), frequency modulated continuous wave (FMCW), and orthogonal chirp division multiplexing (OCDM) are presented and investigated. Continuing with the use cases of these waveforms, first, the thesis proposes novel physical layer security (PLS) schemes for MIMO systems based on orthogonal frequency division multiplexing (OFDM). These schemes utilize minimum-phase all-pass channel decomposition to ensure security without compromising the performance of legitimate users. Furthermore, a novel transceiver design for CCP-OFDM is introduced, enabling low-complexity frequency-domain channel estimation and equalization. This design mitigates the need for complex time-domain estimation algorithms. The thesis explores a modified structure of the full-CP (FCP) in orthogonal time-frequency-space (OTFS) modulation, leveraging the FCP structure in the delay-Doppler domain to enhance system performance. Then, an impulse-based channel estimation method is proposed, utilizing the pulse-tone nature of the pilot impulse to estimate fractional delay and fractional Doppler channel with low complexity. In the context of integrated sensing and communication (ISAC), an OTFS-based system is proposed, enabling precise range-velocity profiles without the need for large bandwidth transmissions or long-duration frames. This approach relaxes constraints on bandwidth and time while providing accurate sensing information. To address the challenges associated with ISAC, a novel OTFS-FMCW waveform is proposed in this thesis. The waveform leverages the sparsity of linear chirps in the delay-Doppler domain to enable orthogonal multiplexing of OTFS and FMCW, facilitating simultaneous high data rate communication and low-complexity accurate sensing. Additionally, a multi- user ISAC scheme is presented, where multiple orthogonal chirps (OCs) are allocated to different users within the same OTFS-FMCW waveform. Finally, OCDM is explored as a potential 6G waveform. The thesis investigates the representation of OCDM waveforms in the delay-Doppler domain, revealing their sparse nature. Leveraging this observation, a low-complexity channel estimation technique is proposed, involving the design of pilots in the Fresnel domain and channel estimation in the delay-Doppler domain.
Benzer Tezler
- 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
ALİ TUĞBERK DOĞUKAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKoç ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ERTUĞRUL BAŞAR
- 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
- OFDM with index modulation for 5g and beyond
5g ve ötesi için indis modülasyonlu OFDM
EBUBEKİR MEMİŞOĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HAKAN ALİ ÇIRPAN
DOÇ. DR. ERTUĞRUL BAŞAR
- 6G ve ötesi kablosuz iletişim sistemleri için sinyal işleme teknikleri
Signal processing techniques for 6G and beyond wireless communication systems
TUNCAY EREN
Doktora
Türkçe
2021
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Üniversitesi-CerrahpaşaElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYDIN AKAN
- Interference and channel control techniques for the future of wireless communications
Kablosuz haberleşmenin geleceği için girişim ve kanal kontrol teknikleri
SEDA TUSHA
Doktora
İngilizce
2020
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Medipol ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği ve Siber Sistemler Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HÜSEYİN ARSLAN