Time-frequency channel modeling and estimation of multi-carrier spread spectrum communication systems

Abstract

ÖZET ÇOK TAŞIYICILI YAYILI İZGE İLETİŞİM SİSTEMLERİ İÇİN KANAL MODELLEME VE KESTİRİMİ Gürültü, bozucu girişimler ve çoklu yol etkilerine açık olan kablosuz haberleşme kanalı uygun iletişim için önemli bir ortamdır. Ayrıca bu etkiler kullanıcının hareketiyle zamana bağlı olarak rastgele değişmektedir. Bu nedenle haberleşme kanalının modellenmesi ve kanal parametrelerinin kestirimi sistem performansım arttıracak alıcıların tasarımında önemli bir araştırma alanıdır. Bu tezde yapılan çalışma zaman-frekans analizinin, yayıcı kod olarak karmaşık karesel diziler kullanan çok taşıyıcılı yayılı izge (ÇTYİ) sistemi için kanal modelleme ve kestiriminde nasıl kullanılacağını göstermektedir. Bu durumda kullanılan yayıcı kodların özelliklerine göre, zaman gecikmeleri ve Doppler frekans kaymaları birleştirilip, kanal parametrelerini kestirirken işlem yükünü azaltan ve iyi sonuçlar veren etkin zaman ötelemeleri şeklinde ifade edilebilir ve zamanla değişen kanal modeli zamanla değişmeyen modele dönüştürülebilir. Bir zaman-frekans analizi olan ayrık evrimsel dönüşüm (AED) yönteminden elde edilen bir yayıcı fonksiyon aracılığıyla bu etkin zaman ötelemelerinin kestirimi ve bunların kanal denkleştirmesinde kullanılması bu tezin konusu oluşturmaktadır. Önerilen yöntemin işlerliği farklı kanal gürültüsü, bozucu girişimler ve Doppler frekans kaymalarıyla yapılan simulasyonlarla gösterilmiştir.

IV ABSTRACT TIME-FREQUENCY CHANNEL MODELING AND ESTIMATION OF MULTI-CARRIER SPREAD SPECTRUM COMMUNICATION SYSTEMS The wireless radio channel which is susceptible to interference, noise, blockage and multipath effects is a significant medium for reliable communication. Also, channel impediments change over time randomly due to user mobility. Therefore, channel modelling and estimation has become an important research area in the design of the receivers improving the performance of communication systems. This M.Sc.thesis shows how time-frequency analysis can be used to model and estimate the time varying channel of a multi-carrier spread spectrum (MC-SS) system with a complex quadratic sequence as the spreading code. It was investigated that according to the properties of the used spreading code, the effects of time delays and Doppler frequency shifts can be combined and represented effectively as time-shifts so the linear time- variant channel model becomes the linear time-invariant model which considers the Doppler effects as well. Using the discrete evolutionary transform (DET), as a time-frequency analysis method, we are able to estimate these effective time shifts via a spreading function and use them to equalize the channel. The method in this thesis is a blind channel estimation procedure and outperforms other channel estimation methods which use pilot symbols at the expense of system performance. Simulations with different levels of channel noise, jammer interference and Doppler frequency shifts demonstrate the encouraging performance of the method.