Donanım bozukluklarının iki yönlü röle ağlarda sistem performansına olan etkisinin incelenmesi

Abstract

Bu tez çalışmasında, donanım bozukluklarının iki yönlü röle ağlarda sistem performansına olan etkisi incelenmiştir. Alıcı ve verici düğümleri, donanım bozukluğuna sahip, değişken kazançlı (VG) kuvvetlendir ve aktar (KA) protokolünü kullanan röle vasıtasıyla Nakagami-m sönümleme kanalları üzerinden bilgi alışverişi yapmaktadır. Bu sistemin anlık uçtan uca işaret-gürültü-bozunum oranı (SNDR) her iki düğüm için hesaplanmıştır. Nakagami-m sönümleme kanallarına ait olasılık yoğunluk fonksiyonu (OYF) ve birikimli dağılım fonksiyonu (BDF) kullanılarak analitik ve asimptotik kesinti olasılığının kapalı form denklemleri türetilmiştir. Sembol hata oranının (SER) analitik ifadesi nümerik olarak çözdürülmüş ve asimptotik kapalı form denklemi türetilmiştir. Ergodik kanal kapasitesinin üst değeri, yaklaşık ifadesi ve bu kapasite için üst sınır denklemi türetilmiştir. Her iki kanalın şekil parametrelerinin birbirine eşit olduğu durumda belirli bir donanım bozukluğu (kritik k değeri) seviyesine kadar, şekil parametresi arttıkça kesinti olasılığının azaldığı, bu belirli kritik k değerinden sonra şekil parametresinin artışının sistem performansına kötü yönde etki yaptığı tespit edilmiştir. Alıcı ve verici tarafında aynı kalitede donanım kullanıldığında haberleşme performansının arttırılabileceği sonucuna varılmıştır. Donanım bozukluk seviyesinin, kapasite üzerinde yüksek SNR değerlerinde fazla etkiye sahip olduğu görülmektedir. Donanım bozukluk seviyesi azaldıkça ergodik kapasitenin arttığı görülmüştür. Yapılan analizlerin istenilen performansı karşılayacak sistemi tasarlarken, şekil parametresi (m), modülasyon türü, belirli bir donanım bozukluk seviyesine (k) sahip donanımın seçimi konularında, araştırmacılara rehberlik sağlayacağı öngörülmektedir.

In this thesis, the effect of hardware impairments in two-way relay network to system performance is investigated. Transmitter and receiver nodes exchange their data through Nakagami-m fading channels via relay with hardware impairment that uses VG AF protocol. The instantaneous end-to-end SNDR of this system are obtained for both nodes. The closed form equations for analytical and asymptotic outage probability are obtained by using PDF and CDF of Nakagami-m fading channels. The analytical expression of the SER is numerically resolved and asymptotic expression is derived. Capacity ceiling, approximate expression of ergodic channel capacity and the upper bound equation of this capacity are derived. It is determined that the outage probability decreases as the shape parameter increases up to a certain level of impairment (critical k value) under the condition of both channels' shape parameters are equal, after this certain critical k value, the shape parameter effects oppositely. It is obtained that the communication performance can be improved when hardware with the same quality is used on both receiver and transmitter sides. Hardware impairment level has high effect on high SNR values. It is seen that ergodic capacity increases as the level of hardware impairment decreases. It is foreseen that analysis done provide guidance to researchers for selection of shape parameter (m), modulation type, hardware that has certain level of impairment (k) when the system that meet the desired performance is being designed.