Çok kullanıcılı MIMO kanal kısaltma denkleştirme için genel bir altyapı

Abstract

İletişim sistemlerinde yüksek başarım seviyelerine ulaşılması amacıyla ileri sinyal işleme algoritmaları kullanılmaktadır. Kanal kısaltma denkleştirme, pratikte gerçekleştirilebilecek senaryolarda, bu algoritmaların çalışması için gerekli bir ön işleme tekniğidir. Literatürde çok kullanıcılı kanal kısaltma teknikleri kısıtlı sayıdadır ve çok kullanıcılı, çoklu giriş çoklu çıkış (MIMO), ortak verici-alıcı tasarımlı kanal kısaltma çalışmaları bilindiği kadarıyla yoktur. Bu tezde çok kullanıcılı sistemlerin MIMO frekans seçici kanallardaki başarımlarını arttırmak için çeşitli kanal kısaltma denkleştirme yapıları önerilmiştir.Kanal denkleştirme, ileri sinyal işleme algoritmaları kullanılarak semboller arası girişimi ve kanalın bozucu etkilerini ortadan kaldırmak için kullanılan yöntemlerden biridir. Kanal kısaltma denkleştirme ise iletişim kanalının denkleştirilmesinin yanısıra uzunluğu da kısaltılır ve bu sayede bir döngüsel öneke ihtiyaç duyan sistemlerde önek uzunluğu kısaltılarak sistem başarımı arttırılabilir. Benzer şekilde Viterbi algoritmasının işlem karmaşıklığı kanal kısaltma ile düşürülebilir.Kanal kısaltma denkleştirme tasarımında ortalama karesel hatanın enküçültülmesi (MMSE) temel yöntem olarak seçilmiştir. Ortak verici alıcı tasarımı sonucunda alıcının işlem yükünün bir kısmının vericiye aktarılması sayesinde sistemin serbestlik derecesi, dolayısıyla başarımı arttırılabilmektedir. Frekans boyutunda yapılan tasarımda alıcı-verici çifti süzgeçlerinin eniyilenmesi yukarı ve aşağı yönlü kanalların çifteşliği kullanılarak yapılmıştır. Bu iki kanalın erişilebilen MSE'lerinin aynı olması gerçeğini kullanan kanal çifteşliği tekniği sayesinde, çözümü daha zor olan aşağı yönlü kanal süzgeçleri, yukarı yönlü kanalın eniyi süzgeçleri kullanılarak bulunmaktadır.Önerilen yöntemin başarım çalışmaları incelenmiş ve benzer çalışmalarla karşılaştırmaları yapılmıştır. MIMO, çoklu erişim, yayın ve girişim kanalları için kısaltma sinyal gürültü ve girişim oranı, kanal kapasitesi, bit hata olasılığı ve MMSE incelenmiştir.

In order to achieve high performance levels in contemporary communication systems, advanced signal processing techniques are used. For channels observed in practice, channel shortening equalization can be a necessary pre-processing technique for these algorithms. In the literature there are very few works on multiuser channel shortening and there are no studies on multiuser-MIMO, joint transmitter-receiver channel shortening to the best of our knowledge. In this thesis channel shortening equalization techniques are investigated in order to increase the performance of multiuser systems in multiple input multiple output (MU-MIMO) frequency selective channels.Channel equalization is one of the methods that uses advanced signal processing techniques to remove the intersymbol interference and cancel the disturbing effects of the channel. In addition to equalizing the channel, channel shortening equalizers also shorten the effective length of the actual communication channel. This reduces the required length of the cyclic prefix (CP), thus increases the performance of the system. Similarly the complexity of the Viterbi algorithm can also be reduced by channel shortening equalization.In this study, minimum mean square error (MMSE) criterion is used as a basis for the design of the filters. Joint transmitter-receiver design increases the performance because of the increased degree of freedom at the filters. All the filters are designed in frequency domain and the duality of the uplink and downlink channels are used to optimize the transmitter-receiver pair filters. Duality occurs from the fact that the achievable mean square error values are the same for both channels. The filters of the downlink channel can be calculated using the filters of the dual uplink channel which are relatively easier to evaluate.The simulations of the proposed algorithm are analyzed and compared to the similar works in the literature. MIMO, multiple access, broadcast and interference channels are investigated for shortening signal to interference plus noise ratio, channel capacity, bit error rate, and MSE parameters.