Geri Dön

Enhancıng noma-OFDM wıth channel alıgnment

Kanal hizalaması ile noma-OFDM performansının geliştirilmesi

PDF İndir

  1. Tez No: 947845
  2. Yazar: AYŞE NUR KARACA
  3. Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ ERTUĞRUL GÜVENKAYA
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2025
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 67

Özet

Yeni nesil kablosuz ağlarda akıllı telefonların, Nesnelerin İnterneti cihazlarının, sanal gerçeklik uygulamalarının ve akıllı bağlantılı araçların sayısının artması beklendiğinden yüksek veri trafiğine hizmet etmeyi amaçlanmaktadır. Yeni nesil kablosuz ağların gereksinimlerini karşılamak için yüksek veri trafiği, yüksek spektral verimlilik, sürekli bağlantı, düşük gecikme ve yüksek kapasite gibi çeşitli ihtiyaçlar ortaya çıkmıştır. Bu talepleri ve gereksinimleri karşılamak için farklı nesil kablosuz ağlar geliştirilmiştir ve geliştirilmeye yönelik çalışmalar devam etmektedir. Benzer şekilde, modülasyon ve çoklu erişim yöntemleri, her bir mobil neslin taleplerini karşılamak için nesilden nesile evrimleşmiştir. Çoklu erişim stratejileri, birkaç kullanıcının telekomünikasyon ağlarındaki sınırlı ağ kaynaklarını en iyi şekilde paylaşmasına olanak tanır. Birden fazla kullanıcının bu kaynaklara erişmesi gerektiğinde, bant genişliğini birden fazla kullanıcı arasında yönetmek için uygulanırlar. Bu, hiçbir kullanıcının ağın tüm kaynaklarını tüketmemesini sağlayarak herkesin ağ hizmetlerinden yararlanmasını sağlar. Şu anda, bu modülasyon ve çoklu erişim yaklaşımları, yeni nesil kablosuz ağlardaki bu artan ihtiyaçlara uyacak şekilde entegre edilmektedir. Çoklu taşıyıcı modülasyonu, sinyallerin bant genişliğini toplam bant genişliğinin paralel alt taşıyıcılarına bölmeyi amaçlar. Bu bağlamda, kablosuz ağların nesillerinde (1G-5G) farklı çoklu taşıyıcı dalga biçimleri evrimleşmiştir. 1G, 2G, 3G ve 4G'de sırasıyla kullanılan frekans bölmeli çoklu erişim, zaman bölmeli çoklu erişim, kod bölmeli çoklu erişim ve dik frekans bölmeli çoklu erişim teknikleri kullanılmıştır. Bu teknikler kaynakları frekans, zaman ya da kod bölmesinde diklik sağlanarak kullanıcılara ayırarak iyi performanslar ile çalışıyor olsalar da artan kullanıcı sayısı ile birlikte yeni çoklu erişim yöntemlerine ihtiyaç gerekmektedir. Bu bağlamda, birden fazla kullanıcının aynı zaman, frekans ve kod bölmelerini kullanabilecekleri dik olmayan çoklu erişim tekniği öne sürülmüştür, bu tekniklerine örnek olarak güç bölmeli, kod bölmeli ve diğer dik olmayan çoklu erişim yöntemleri literatürde incelenmiştir. Sistem verimini artırmak ve büyük miktarda bağlantıyı barındırmak için en etkili yöntemlerden birisi dik olmayan çoklu erişimdir. Spektrum verimliliğini en üst düzeye çıkarmak için, geleneksel dik çoklu erisim yöntemlerinin aksine, aynı anda farklı kullanıcılara birkaç güç bölmesi atanır. Aşağı yönlü güç bölmeli dik olmayan çoklu erişim yönteminde, verici, baz istasyonunda aynı kablosuz kaynakta birden fazla kullanıcıya hizmet etmek için kullanıcıların sinyallerine güç alanı çoklamasını, veya süperpozisyon kodlamasını uygular. Güç bölmeli dik olmayan çoklu erişimde uygulanan süperpozisyon kodlaması, yakın ve uzak kullanıcı kanalları arasındaki kazanç farkını kullanır ve zayıf kanal koşullarına sahip kullanıcıya daha fazla güç tahsis eder ve iletimden önce kullanıcıların sinyallerini üst üste bindirir. Alıcı tarafı, ardışık girişim giderme gibi çok kullanıcılı algılama algoritmaları kullanır. Ana fikir, diğer kullanıcı sinyalini gürültü olarak ele alırken sinyalleri ardışık olarak çözmektir. İki kullanıcı durumu için, yalnızca yakın kullanıcıda ardışık girişim giderme uygulanır. Yakın kullanıcı, önce daha güçlü uzak kullanıcı sinyalini çözer ve kendi sinyalini çözmeden önce alınan sinyalden çıkarır. Dik olmayan çoklu erişim yönteminin birçok avantajı olmasına rağmen, birçok da zorlukla karşı karşıyadır. Dik frekans bölmeli çoklu erişime kıyasla bu yöntemde diğer kullanıcıların girişimleri bozulmalara yol açar. Geleneksel dik çoklu erişim yönteminde kaynaklar kullanıcılara dik ayrıldıklarından diğer kullanıcılardan kaynaklanan girişim etkisi yoktur ancak alt taşıyıcı sayısı sınırlı olduğundan dik olmayan çoklu erişimin sağlayabileceği kadar fazla kullanıcıya hizmet edemez. İki yöntem birlikte kullanılırsa eş zamanlı olarak diğer kullanıcıların girişimi etkisi azalabilir ve daha fazla kullanıcıya da hizmet edilebilir. Sonuç olarak, birlikte rekabetçi bir 5G çözümü sunulabilir. Bu tez kapsamında aşağı yönlü güç bölmeli dik olmayan çoklu erişim ve dik frekans bölmeli çoklu erişim birlikte düşünülerek yeni nesil haberleşme sistemleri için geliştirilmiş ön kodlama yöntemi önerilmiştir. Ön kodlamanın amacı, yakın kullanıcının sinyalini uzak alıcısında döngüsel önek bölgesine hizalamaktır. Verici (baz istasyonu) yakın kullanıcının verisine ön kodlama ile hizalayıp süperpozisyon kodlama ile üst üste bindirir ve çok yollu kanaldan geçirerek alıcılara gönderir. Uzaktaki alıcıya gelen sinyal uzak kullanıcı tarafından işlenirken ilk olarak döngüsel önek kısmını çıkartır. Yakın kullanıcı sinyali de uzak kullanıcı perspektifinde döngüsel önek bölgesinde olduğundan döngüsel önek atıldığında uzak alıcısında yalnızca kendi sinyali ve gürültü kalır. Yakın alıcısındaki sinyal klasik dik olmayan çoklu erişim sinyalidir ve demodülasyondan önce klasik yöntemde olduğu gibi ardışık girişim giderme operasyonu yapılır. Yakın sinyalini uzak kullanıcının döngüsel önek bölgesine hizalayarak spektral verimliliği artırmak da amaçlanmaktadır. Sistem modelinin analizinde Rayleigh sönümlemesi, üstel güç gecikme profili ve yol kaybı gibi gerçekçi kanal modelleri MATLAB ile simüle edilmiştir. Önerilen sistemin performansı, Bit Hata Oranı değişen Sinyal-Gürültü Oranı seviyelerinde Monte Carlo simülasyon yöntemi ile hesaplanmıştır. Simülasyon sonuçları, önerilen yöntemin yakın kullanıcı girişimini azaltarak kullanıcıların bit hata oranı performansını klasik yönteme kıyasla önemli ölçüde iyileştirdiğini göstermektedir. Önerilen yöntemin kapsamlı analizi için ön kodlama matrisinin mükemmel bir şekilde hizalama yapamadığı senaryo da oluşturulmuş ve klasik yöntem ile karşılaştırılmıştır. Yapılan analizlerde önerilen yöntemin mükemmel hizalama yapamadığı durumda dahi klasik yöntemden daha iyi performans gösterdiği gözlenmiştir. Aşağı yönlü dik olmayan çoklu erişim sistemlerinde alıcıların sinyali iletilmeden önce kanal kuvvetleri ile ters orantılı bir güç katsayısı atanır. Değişen güç katsayısı ile elde edilen bit hata oranı değerlerinin davranışı incelenmiştir. Elde edilen sonuçlara göre, uzak kullanıcıda önerilen yöntem klasik yönteme göre değişen güç katsayısından daha az etkilenmektedir. Böylece daha esnek güç tahsisi çözümlerinin mümkün olabileceği gösterilmiştir. Son olarak önerilen hizalama yöntemi ile klasik yöntem arasındaki erişilebilir veri hızları karşılaştırılmıştır. Simülasyon sonuçları, önerilen hizalama yöntemi altında uzak kullanıcının erişilebilir veri hızının, yakın kullanıcıdan gelen girişim etkili bir şekilde ortadan kaldırıldığı için önemli ölçüde arttığını açıkça göstermektedir. Sonuç olarak, önerilen ön kodlama ve hizalama stratejisi erişilebilir veri hızlarını ve bit hata oranı performansını artırmak için pratik ve etkili bir çözüm sunar, özellikle uzak kullanıcıya fayda sağlarken yakın kullanıcının veriminde de artış gözlenmiştir. Çalışma, uyarlanabilir ve öğrenmeye dayalı hizalama tekniklerinin gelecekteki keşfinin yanı sıra bunların çoklu erişimle entegrasyonu için temel oluşturur.

Özet (Çeviri)

Next-generation wireless networks aim to serve high data traffic as the number of smartphones, Internet-of-Things devices, virtual reality applications and smart connected vehicles are expected to increase. Such high data traffic comes with various demands such as enhanced spectral efficiency, massive connectivity, low latency, and high capacity. Non-orthogonal multiple access (NOMA) technology is one of the promising candidates for handling these tight requirements. In downlink power domain NOMA, transmitter applies power domain multiplexing, also referred to as superposition coding (SC) to user equipments (UE) signals to serve multiple users on the same wireless resource at the transmitter. SC applied in power domain NOMA utilizes channel gain difference between the near and far user and allocates more power to the user with poor channel conditions and superimposes the UE's signals before transmission. Receiver side employs multiuser detection (MUD) algorithms such as successive interference cancellation (SIC). The main idea of SIC is to decode signals successively under the assumption of considering the other user signal as noise. For two user case, only near user (NU) employs SIC. NU decode stronger far user (FU) signal first and subtract its components from the received signal before decoding its own signal. In this thesis, two-user downlink power domain NOMA with OFDM scheme proposed by implementing precoding on NU data. The purpose of precoding is to concentrate NU's signal into the cyclic prefix (CP) at the FU reception, after passing through the multipath channel. Since the FU receiver discards the CP portion, the FU benefits from interference-free reception, making the proposed scheme a hybrid approach that involves orthogonal reception at FU and NOMA at NU. Also, using CP for transmitting the NU data increases spectral efficiency as this approach utilizes the CP portion effectively. Two detailed scenarios are modeled to measure the performance of the proposed method. Performance analysis in terms of perfect alignment of the NU signal and partial interference studied and simulation results are demonstrated to compare the performance improvements over conventional power domain NOMA under perfect and imperfect channel alignment scenarios. It is demonstrated that even in an imperfect cancellation scenario proposed method outperforms conventional NOMA. Improvements such as decreasing bit error rate and enhanced data rate are achieved through the proposed alignment approach. Also, proposed approach further studied to enhance data rate of NU by allowing controlled interference on FU. By enhancing NU data rate in the proposed method, achievable rate of FU enhanced. It has been observed that adaptive methods can also be used to further develop the proposed method.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    730829

    Novel waveform designs for future wireless systems:non-coherent orthogonal frequency division multiplexing with subcarrier power modulation (NC-OFDM-SPM)&multi-user auxiliary signal superposition transmission (MU-AS-ST)

    Gelecektekı̇ kablosuz sı̇stemler ı̇çı̇n yenı̇ dalga şeklı̇ tasarımları: eşevrelı̇ olmayan ofdm ı̇le alt taşıyıcı güç modülasyonu (NC-OFDM-SPM) & çok kullanıcı yardımcı sı̇nyal süperpozı̇syon ı̇letı̇mı̇ (MU-ASST)

    MOHAMEDOU ABEWA

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2021

    Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolAntalya Bilim Üniversitesi

    Elektrik ve Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. JEHAD M. HAMAMREH

  2. Tez No

    917469

    Advanced waveform designs for 5G and 6G

    5G ve 6G için gelişmiş dalga formu tasarımları

    EBUBEKİR MEMİŞOĞLU

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2024

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Medipol Üniversitesi

    Elektrik-Elektronik Mühendisliği ve Fiber Sistemler Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. HÜSEYİN ARSLAN

  3. Tez No

    796100

    Enhancing the 5G network performance by cache-aided non-orthogonal multiple access (CA-NOMA)

    Başlık çevirisi yok

    ABDULLAH SAAD ZEKI ZEKI

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2022

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiAltınbaş Üniversitesi

    Elektrik ve Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ MUHAMMAD ILYAS

  4. Tez No

    809561

    QoS-based resource management and optimization in CR-based NOMA networks

    CR tabanlı NOMA ağlarında QoS tabanlı kaynak yönetimi ve optimizasyonu

    ÖMER FARUK AKYOL

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2023

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ SEMİHA TEDİK BAŞARAN

  5. Tez No

    794727

    New combined non-orthogonal multiple access techniques for wireless networks

    Telsiz iletişim ağları için yeni birleşik dik olmayan çoklu erişim teknikleri

    SEDA ÜSTÜNBAŞ GAVAS

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2023

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. HASAN ÜMİT AYGÖLÜ

Geri Dön