Adaptive modulation with channel estimation in single antenna and multiple antenna systems

Abstract

Servis kalitesi yüksek olan hızlı kablosuz haberleşme sistemlerine olan talep hızla artmaktadır. Adaptif modulasyon tekniği, iletim kalitesinden ödün vermeksizin izgesel verimliliği arttırmaktadır. Bu tez çalışmasında, tekli ve çoklu anten sistemleri için kanal kestirimi ile adaptif modülasyon yöntemleri önerilmiştir. Tekli anten sistemlerinde, kanal kestirimindeki hata etkisi göz önünde bulundurularak, değişken aktarım hızı değişken güç adaptif modulasyonu önerilmiştir. Kanal kestirimine bağlı olarak, kümelenme büyüklüğü eşitliği çıkarılmıştır. Bu eşitlikler elde edilirken, Water-filling ve Karush-Kuhn-Tucker (KKT) güç tahsis yöntemleri kullanılmıştır. Düşük sinyal gürültü oranı (SNR) için, önerilen yöntemle veri aktarım hızı, sabit güç tahsisi ile elde edilen veri aktarım hızından %20 daha yüksektir. Bit hata oranı (BER) ise, hedeflenen BER değerinden daha düşük olarak elde edilmektedir. Çoklu anten sistemlerinde, kanal kestirimindeki hata etkisi göz önünde bulundurularak, adaptif modulasyon incelenmiştir. Ardışık kod çözme tekniği kullanılarak, değişken aktarım hızı sabit güç modulasyonu önerilmiştir. Çoklu anten sistemindeki her anten, bir tekli anten sistemi olarak düşünülmüştür; böylece kanal matris elemanları ayrı ayrı kestirilmiştir. Her bir anten için kümelenme büyüklüğü eşitlikleri çıkarılmıştır. Bu eşitlikler, işaret iletiminde ayrı ayrı kullanılmıştır.Anahtar Kelime: Adaptif modulasyon, Kanal kestirimine, MIMO, Ardışık kod çözme

The demand for high speed wireless communication systems with high quality of service (QoS) is rapidly growing. Adaptive modulation has the advantage of increasing the spectral efficiency of the communication transmission systems while keeping the quality of transmission. Adaptive modulation generally can be used by varying signal power, constellation size and coding in response to the instantaneous fade value. This thesis examines adaptive modulation schemes in single antenna and multiple antenna systems. In a single antenna system, variable rate variable power adaptive modulation with channel estimation error effects has been proposed. We derived constellation size equation which depends on the estimated channel. Two power allocation schemes have been used, water-filling and Karush?Kuhn?Tucker (KKT) based schemes. We found that data rate of the system increased with variable power schemes by at least 20 percent more than constant power allocation especially in low signal to noise ratio (SNR) values while Bit Error Rate (BER) is maintained lower than the target BER. In multiple antennas case, adaptive modulation with channel estimation error effect is studied. Variable rate constant power modulation with successive decoding technique has been implemented. We estimate the channel matrix elements separately and deal with each antenna as a single antenna system. We derive constellation size equations for each antenna and use them separately in transmitting the signal.Keywords: Adaptive modulation, Channel estimation, MIMO, Successive decoding