CDMA2000 yukarı bağlantı kanalı için akıllı anten algoritmalarının dijital sinyal işlemciler üzerinde yazılım radyo ile gerçekleştirilmesi

Abstract

CDMA2000 YUKARI BAĞLANTI KANALI İÇİN AKILLI ANTEN ALGORİTMALARININ DİJİTAL SİNYAL İŞLEMCİLER ÜZERİNDE YAZHJM RADYO İLE GERÇEKLEŞTİRİLMESİ Kerem KÜÇÜK Anahtar Kelimeler: Akıllı anten sistemleri, cdma2000, Dijital sinyal işlemci, Işın şekillendirme, Uyarlanabilir algoritmalar, 3. nesil haberleşme sistemleri, Yazılım radyo Özet: Gezgin haberleşme sistemleri tüm dünyada yaygın olarak kullanılmaktadır ve hızla gelişmektedir. Global bazlı gezgin haberleşmenin sağlaması planlanan ve geniş bant kod bölmeli çoklu erişim (Wideband Code Division Multiple Access, WCDMA) tekniğine dayanan üçüncü nesil standartlar, kullanıcılara mümkün olduğunca yüksek hızda ve değişik sayıda servisler sunmaktadır. Bununla birlikte, karışık trafik sinyallerinin kablosuz yayılım ortamından yüksek hızda ve kalitede iletilebilmesi, sınırlı sistem kapasitesi ve kapsama alanı yetersizliği gibi problemleri beraberinde getirmektedir. Bu problemlerin çözümünde, araştırmalar son zamanlarda özellikle gelişmiş anten ve sinyal işleme teknikleri üzerine yoğunlaşmaktadır. Anten dizileri ile birlikte temel banttaki ileri sinyal işleme tekniklerini kullanan bir akıllı anten sistemi (Smart Antenna System, SAS ), farklı konumlardaki gezgin kullanıcılardan gelen sinyalleri uzaysal-filtreleme yapar ya da diğer bir deyişle yayılım kanalı dinamiklerine göre anten ışınımını uyarlamalı olarak değiştirir. 3.nesil CDMA sistemlerdeki baz istasyonlarına SAS'nin entegre edilebilmesi için, frekans bölmeli çift yönlü (Frequency Division Duplex, FDD) moda uyumlu çalışan, işlem yükü az olan ve istenilen performansı sağlayabilen akıllı anten algoritmalarının geliştirilmesine ihtiyaç vardır. Çünkü bu tür algoritmalar programlanabilir işlemciler üzerinde yazılım tanımlı radyo (Software Defined Radio, SDR) ile gerçekleştirilebilirler ve dolayısıyla mevcut 3G baz istasyonlarının fazla değişiklik gerektirmeden SAS yeteneği olan baz istasyonlarına güncellenmesini kolaylaştırırlar. Bu amaçla, bu tezde CDMA-FDD uyumlu akıllı anten algoritmalarının SDR ile sayısal işaret işleyici (Digital Signal Processor, DSP) kullanılarak gerçekleştirilmesi üzerinde durulmuştur. DSP işlemcileri olarak Texas Instruments (Tl)' m en son ve en yüksek performansa sahip yuvarlanır nokta işlem yapabilen C67x ailesindeki işlemciler (Tl TMS320C6701 EVM, Tl TMS320C6711 DSK ve Tl TMS320C6713 DSK) seçilmiştir. Akıllı anten algoritmaları olarak, literatürdeki mevcut en basit yapıdaki en az ortalama kareler (Least Mean Square, LMS), sabit modüllü (Constant Modulus, CM) ve önerdiğimiz uzay kod korelatörü (Space Code Correlator, SCC) algoritmaları DSP işlemcilerinde Tl Code Composer Studio (CCS) yazılımı kullanılarak gerçeklenmiştir. Bu algoritmaları seçmemizdeki sebep, karmaşıklığı az olan ve en basit yapıda sayılabilecek algoritmaların günümüzde en yüksek performansa sahip DSP' ler üzerinde nasıl bir performans sergilediğini araştırmaktır. Baz istasyonundaki anten dizisi olarak ise düzgün doğrusal dizi (Uniform Linear Array, ULA) ve düzgün dairesel dizi (Uniform Circular Array, UCA) antenler seçilmiştir. Anten dizisinden alınan sinyalin, gezgin kullanıcı tarafından cdma2000 formatında gönderildiği ve bu sinyalin değişen çoklu yol koşullarına maruz kaldığı varsayılmıştır. ıı

IMPLEMENTATION OF SMART ANTENNA ALGORITHMS FOR CDMA2000 REVERSE LINK ON DIGITAL SIGNAL PROCESSORS WITH SOFTWARE RADIO Kerem KUCUK Keywords: Adaptive algorithms, Beamforming, cdma2000, Digital signal processor, Software radio, Smart antenna systems, 3G communication systems Abstract: Mobile communication systems have been growing exponentially and used widely around the world. Third generation (3G) systems planned to provide worldwide communication and based on wideband code division multiple access (WCDMA) technique aim to provide wide range of services at high speed rates. However, there exist problems such as transmitting mixed traffic signals through wireless propagation medium at high rates, limited system capacity, and low coverage range of base stations. In solving these problems, researches have recently been focusing especially on advanced antenna systems and signal processing techniques. A Smart Antenna System (SAS) using antenna arrays and advanced signal processing techniques at the base band performs spatial-filtering on signals received from multiple users at distinct locations, or from another perspective, adaptively adjust their beam patterns according to propagation dynamics. One of the difficulties integrating SAS into 3G CDMA base stations is to develop smart antenna algorithms that are suitable for frequency division duplex (FDD) mode, have small computational complexity, and provide desired performance. Because, when implemented in software defined radio with programmable processors, these algorithms will facilitate upgrade of existing 3G base stations into smart antenna capable base stations. For this purpose, this project has focused on software radio implementation of CDMA-FDD adaptable smart antenna algorithms on digital signal processors (DSPs) which are Texas Instruments' (TT) floating point high performance C67x family DSP (Tl TMS320C6701 EVM, Tl TMS320C6711 DSK, and Tl TMS320C6713 DSK) processors. As smart antenna algorithms, Least Mean Squares (LMS) and Constant Modulus (CM) algorithms existing in literature, and our proposed Space Code Correlator (SCC) algorithm are implemented by TI Code Composer Studio software in these DSPs. The reason why we choose these algorithms is to explore today's highest performance DSPs can handle implementation of even simple and small complexity algorithms. As antenna arrays at the base station, uniform linear array (ULA) and uniform circular array (UCA) antennas are considered. Signal received from the antenna array is assumed to be transmitted in cdma2000 format from the mobile terminal and exposed to changing multipath conditions. The advantage of our proposed SCC algorithm is that unlike LMS and CM algorithms it does not require any learning parameter and that its weight vector computation time is not affected by the array topology and multipath propagation conditions. Ill