Zamanla değişen kablosuz iletişim kanallarının modellenmesi ve kestirimi

Abstract

Kablosuz linkin her iki tarafında da çoklu antenin kullanıldığı çok girişli çok çıkışlı (MIMO) sistemler, yüksek oranlarda veri hızı ve izgesel verimlilik vadetmektedir. MIMO sistemler, geleceğin kablosuz iletişim sistemlerinde, link güvenilirliğini ve izgesel verimliliği etkili bir şekilde artırma potansiyeli taşımaktadır. Söz konusu potansiyeli kullanma bağlamında, hem sabit hem de gezgin gelecek nesil kablosuz iletişim sistemlerinde, dikgen frekans bölmeli çoğullama (OFDM) ile MIMO tekniklerinin birlikte kullanıldığı teknolojiler en güçlü aday olarak görünmektedir. OFDM'nin, tek taşıyıcılı modülasyonun kullanıldığı sistemlere göre sağladığı avantajlar sebebiyle, çok yollu frekans seçici kanallarda kullanımı standart hale gelmiştir Ancak, Dopler kaymaları, faz kayması, yerel osilatör frekans kayması, çoklu anten kullanımı gibi nedenlerle taşıyıcılar arası girişim (ICI) ve çok yollu sönümleme, OFDM sistemlerin başarımını ciddi oranda düşürmektedir. Başarımı yükseltmek için kanal parametrelerinin kestirimi ve alıcıda kullanımı gerekmektedir. Çoğu kanal kestirim yöntemleri, zamanla değişmeyen doğrusal kanal modellerini temel almaktadır. Ancak hızlı değişimin olduğu ortamlarda bu varsayım çok gerçekçi olmamaktadır. Bu çalışmada, zaman-frekans kuramı kullanılarak, zamanla değişen OFDM ve MIMO-OFDM sistemler için, kanal kestirim yöntemleri sunulmaktadır. Alıcıya gelen işaretin zaman-frekans gösteriminin, çok yollu, sönümlemeli ve frekans seçici kanalın yayılma foksiyonu üzerinden Ayrık Evrimsel izge (DET) yardımıyla elde edilerek geliştirilen söz konusu kestirim yöntemlerinin başarımı, farklı seviyedeki kanal gürültüleriyle ve Doppler frekans öteleme değerleriyle test edilmiştir. Elde edilen sonuçlar, önerilen yöntemlerin, zamanla değişmeyen kanal kestirim yöntemlerine göre daha başarılı olduğunun göstermiştir.

The use of multiple antennas at both ends of a wireless link (multiple-input multiple-output (MIMO) technology) has been demonstrated to have the potential of achieving extraordinary data rates. Multiple input-multiple output (MIMO) systems hold the potential to drastically improve the spectral efciency and link reliability in future wireless communications systems. A particularly promising candidate for next-generation fixed and mobile wireless systems is the combination of MIMO technology with Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM). OFDM has become the standard method because of its advantages over single carrier modulation schemes on multi-path, frequency selective fading channels. However, inter-carrier interference (ICI) due to Doppler shifts, phase offset, local oscillator frequency shifts, and multi-path fading severely degrades the performance of OFDM systems. In the receiver, estimation and the use of channel parameters are required to improve the performance. Most of the channel estimation methods assume a linear time-invariant model for the channel, which is not valid for fast varying environments. A time-varying model of the channel can be obtained by employing time-frequency representation methods. Here we present estimation methods for both of time-varying OFDM and MIMO-OFDM channels, based on the discrete evolutionary representation of channel output. The Discrete Evolutionary Transform (DET) provides a time-frequency representation of the received signal by means of which the spreading function of the multi-path, fading and frequency selective channel can be modeled and estimated. Performance of the proposed method is evaluated and compared on different levels of channel noise, and Doppler frequency shifts.