Çoklu ışınlı uydularda kaynak aktarımı

Abstract

Bu tez çalışmasında çoklu ışınlı uydularda kaynak aktarımı üzerinde durulmuştur. Çoklu ışınlı uydular belli bir güç ve bant genişliği kullanarak yeryüzüne dar ışınlardan oluşan bir ışın demeti iletirler. Klasik uydulara nazaran yeryüzünde çok daha dar bölgelere odaklanarak sinyal-gürültü oranını arttırır ve veri iletişiminde birçok fayda sağlarlar. Yer istasyonlarındaki donatımların daha düşük maliyetli olmasında faydalı olurlar. Çoklu ışınlı uydular tarafından iletilen ışın demetlerinin aydınlattığı yüzeylere hücre denilmektedir. Odaklanma sayesinde aynı frekanslar hücrelerde tekrar tekrar kullanılarak sistem kapasitesi artar. Bu tarz uydularda kaynak aktarımının amacı kullanıcılara değişen trafik durumlarına göre en iyileme yapmak ve kullanıcılar arasında adilliğin muhafaza edilmesini sağlamaktır. Bu tez çalışmasında çoklu ışınlı uydularda literatürdeki kaynak tahsis çalışmalarından, güç aktarımı için gerekli kısıtlardan, Lagrange çarpanlarına dayalı en iyi güç aktarımından bahsedilmiştir. Bunun yanında en iyiye yakın açgözlü algoritmalar geliştirilmiştir. Açgözlü algoritmalar ile Lagrange yönteminin başarımları kıyaslanmıştır. Uygulamalar, Ka bandında yapılmıştır. Ayrıca Ka bandında çalışan çoklu ışınlı uydularda görülen kanal bozulmalarının nedenleri belirtilmiştir. Çoklu ışınlı ve faz dizilimli antenler ile çalışan uyduların özellikleri açıklanmıştır. Ka bandında çalışan çoklu ışınlı uydularda görülen kanal bozulmalarına neden olan yağmur ve parlama sönümlemeleri uygulamalarda gerçekleştirilmiştir. Çoklu ışınlı ve faz dizilimli antenlere sahip uydularda ışınlar arası girişim olan durum için de kaynak tahsisi algoritmaları geliştirilmiştir. Geliştirilen algoritma ile literatürdeki yöntemin başarımları kıyaslanmıştır ve başarımın arttığı görülmüştür.

In this thesis resource allocation in multibeam satellites is studied. The multi-beam satellites transmit narrow beams using the available power and bandwidth. Multi-beam satellites provide many benefits in data communication by focusing on narrow surfaces on the earth. They are useful for lowering the cost of the earth station?s equipments. The surfaces on the earth which are illuminated by the transmitted beams are called cells. The system capacity increases by reusing the same frequencies in multiple cells. The purpose of the resource allocation in multi-beam satellites is to allocate power and beams optimally according to the users? traffic situation and channel conditions and to maintain the fairness among the users. In this thesis, previous studies on resource allocation in Multi-beam Satellites, and convex optimization for the optimal power allocation is discussed. Some greedy algorithms that are near-optimal are developed. The performances of the greedy algorithms and the Lagrange multiplier-based algorithm are compared. The rain and scintillation fadings that are the major channel problem in the Ka-bands are applied during the simulations. For this purpose atmospheric channel impairments in the Ka-band are also indicated. The characteristics of the multi-beam satellites, which have multi-beam satellite and phased array antenna are described. Resource allocation algorithms for the multi-beam satellite antennas proposed in the inter-beam interference situation and the system performance is investigated. The interference model in the literature for phased array satellite is applied. The performance of the algorithm in the literature and the algorithm that we proposed are compared.