İşbirlikli tek taşıyıcılı frekans bölmeli çoklu erişim sistemleri için alıcı tasarımı

Abstract

İşbirlikli haberleşme, çoklu giriş-çoklu çıkış (Multiple Input-Multiple Output) iletim tekniğinde karşılaşılan antenler arası ilinti problemini ortadan kaldırıp basitçe çeşitlilik kazancı sağlayan yeni nesil kablosuz haberleşme tekniğidir. Yeni nesil haberleşme standartlarında kendine yer bulan işbirlikli haberleşme ile tek taşıyıcılı-frekans bölmeli çoklu erişim (Single Carrier-Frequency Division Multiple Access, SC-FDMA) gibi çeşitli iletim teknikleri birlikte kullanılarak yapay anten dizileri oluşturulup sistemin performansı iyileştirilir. Ancak kanal kestirimi ile senkronizasyon bu sistemlerde öncelikle çözülmesi gereken problemlerdir. Çünkü alıcı yapısında kullanılan en büyük oranlı birleştirme (Maximum Ratio Combining, MRC) tekniği kestirim hatalarına çok duyarlıdır. Bununla beraber kanalın zamanla değişmesi bu problemleri daha da zorlaştırmaktadır. Bu çalışmada, işbirlikli SC-FDMA sistemlerinde kullanılan klasik senkronizasyon serisi tabanlı zaman senkronizasyonu ile blok tipi kanal kestiriminin, zamanla değişen kanal durumlarında yetersiz kaldığı gösterilmiştir. Bu nedenle kanaldaki dalgalanmaları takip edebilmek adına döngüsel ön ek (Cyclic Prefix, CP) tabanlı zaman/frekans senkronizasyonu ile tarak tipi kanal kestiriminin kullanılması önerilmiştir. Benzetim sonuçları göstermiştir ki; zamanla değişen kanal durumlarında kullanılması önerilen alıcı yapısı, hızlı değişen kanal parametrelerini takip edebilmekte ve sistem performansının iyileşmesini sağlamaktadır.

Cooperative communication has emerged as a new mobile communication technique to avoid the correlation of the antenna elements confronted in multiple-input multiple-output (MIMO) systems and desired diversity gain could be simply achieved. Recently single carrier frequency division multiple access (SC-FDMA) and cooperative communication is combined to create a virtual antenna array and improve the system performance. However, channel estimation and synchronization problems are getting more challenging in these systems because the maximum ratio combining at the receiver is highly sensitive to estimation errors. Moreover time variations of the channel makes the problem more complicated. In this paper, it is shown that the classical constant amplitude zero autocorrelation (CAZAC) preamble based time synchronization and its usage in the block type channel estimation for the cooperative SC-FDMA systems are vulnerable to time-varying channels. Therefore, to track the channel variations the cyclic prefix based maximum likelihood (ML) estimator of time/frequency synchronization with comb type channel estimation for cooperative SC-FDMA systems are proposed. Simulation results confirm and illustrate that the proposed receiver is capable of tracking fast fading channel parameters and improving overall performance.