Modulation options for OFDM-based waveforms
Tezin Türü: Doktora
Tezin Yürütüldüğü Kurum: İstanbul Medipol Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2023
Tezin Dili: İngilizce
Öğrenci: AHMAD MOHAMMAD ABD-ALGHANI JARADAT
Danışman: ARSLAN Hüseyin
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:5G ve sonraki ağların, değişen gereksinimlere ve yeteneklere sahip çeşitli uygulamaları destekleyebileceği tahmin edilmektedir. Bu nedenle, özellikle veri hızları, gecikme süresi ve enerji ekonomisi gibi sıkı parametrelerle uğraşırken belirli bir kullanım durumu için doğru modülasyonu seçmek çok önemlidir. Milimetre dalga kablosuz iletişim sistemleri için gelecekteki çok sayıda yöntem, seçilen modülasyon seçeneğinden etkilenir. Verimli veri aktarımı için "alt taşıyıcı sayı modülasyonu (OFDM-SNM) ile orthogonal frekans bölmeli çoğullama" olarak adlandırılan yeni bir modülasyon sistemi sunulmuştur. Her OFDM alt bloğundaki aktif alt taşıyıcıların sayısı, bu yöntemi kullanarak very iletimini kolaylaştırmak için değiştirilir. Bu teknolojinin fikri, OFDM ve darbe genişlik modülasyonunun kombinasyonundan geldi. Darbe genişliği, belirli bir bilgi bitine karşılık gelen aktif alt taşıyıcıların sayısını gösterir. Bu, bilgilerin alt taşıyıcıların sayıları yerine indeksleri kullanılarak gönderildiği OFDM-IM'den farklıdır. Sistemin aynı bit hata oranında OFDM-IM'den daha yüksek spektral verim elde ettiği gösterilmiştir. Aktif alt taşıyıcılar, alt blok içinde herhangi bir yere yerleştirilebilir. Bu, sistem performansını daha da artırabilen kanala göre en uygun alt taşıyıcının seçilmesine olanak tanır. Her OFDM alt bloğunda, verimli veri iletimi amacıyla yeni bir iletim şeması sunulur. Bu yöntem, aktif alt taşıyıcıların indeksini ve sayısını değiştirerek daha fazla veri gönderir. OFDM-SNM ve OFDM-IM ile karşılaştırıldığında, önerilen modülasyon yöntemi, özellikle yüksek güvenilirlik ve düşük karmaşıklık sunabilen ikili faz kaydırmalı anahtarlama (BPSK) gibi düşük modülasyon sıralarında spektral verimlilik ve enerji verimliliği açısından daha verimlidir. Sonuç olarak Nesnelerin İnterneti (IoT) uygulamalarının gereksinimlerini karşılamak için çok uygundur. Önerilen yöntem için, bit hata oranının (BER) bir performans analizi verilmiş ve simüle edilen BER'in analiz edilenle aynı olduğunu göstermek için Monte Carlo simülasyonları kullanılmıştır. Güç ve spektral verim değerleri aynı olduğunda, önerilen sistemin OFDM-IM ve geleneksel OFDM'den çok daha iyi BER performansı sağlayabildiği gösterilmiştir. Alt taşıyıcı boşluk modülasyonu (OFDM-SGM) ile ortogonal frekans bölmeli çoğullama adı verilen bir modülasyon tekniği önerilmektedir. Önerilen teknik, her bir alt bloktaki aktif alt taşıyıcılar arasındaki boşluğu kullanarak fazladan bilgi bitlerini gömer. Önerilen sistem, bilgi bitlerini aktif alt taşıyıcıların indeksine dayalı olarak ileten OFDM-IM'den farklıdır. Bu OFDM-SGM tekniği, özellikle düşük karmaşıklıktaki IoT uygulamaları için ideal olan BPSK'ye benzer düşük takımyıldız şemaları kullanıldığında, spektral ve enerji verimliliği açısından OFDM-IM tekniğinden daha iyi performans gösterir. Teorik olarak hesaplanan ve simüle edilen hata performansları arasındaki tutarlılığın yanı sıra, önerilen sistemin teorik hata performansının bir analizi sağlanmaktadır. Yeni OFDM-SNM şeması, geleneksel OFDM'den daha az enerji ve spektral verimlilik kullanır. Bu, ek bilgi bitlerinin aktif alt taşıyıcılara yüklenmesinin bir sonucu olarak ortaya çıkar. Öte yandan, OFDMSNM şemasının zirveortalama güç oranı (PAPR) yüksektir ve geleneksel OFDM'ninkine yaklaşık olarak eşdeğerdir. OFDMSNM'de, yüksek PAPR dışında, bloklar arasında genellikle bant dışı emisyon (OOBE) vardır. Yukarıda listelenen sorunları çözmek için klasik OFDMSNM'nin geliştirilmiş bir versiyonunu bulduk. Bu versiyonda aktif alt taşıyıcılar PAPR ve OOBE değerlerini düşürecek şekilde yerleştirilmiştir. PAPR'nin PSD ve CCDF'si, önerilen planın PAPR ve OOBE performansını ölçer. Simülasyonlar, PAPR ve OOBE açısından, önerilen şemanın klasik OFDM'den daha iyi olduğunu, BER performansının ise neredeyse aynı olduğunu göstermektedir. Geniş bir hizmet yelpazesinin ihtiyaçlarını karşılamak söz konusu olduğunda, 5G New Radio (NR), çoklu numeroloji seçimine izin vererek yeni bir esneklik getiriyor. Kör numeroloji tanımlaması sayesinde bu yeni yapıyla geliştirilmiş sistem etkinliği mümkündür. Sonuç olarak, çeşitli numerolojiler için uygun bir kör tanımlama yöntemi sağlıyoruz. Zaman alanı otokorelasyonu, aday numerolojinin bileşik sinyaldeki döngüsel önek (CP) sinyalini ilişkilendirerek numeroloji tipini belirlemek için kullanılır. Her bir numerolojinin yaşadığı alt bantların güç spektral yoğunluğundaki (PSD) varyans farkı, frekans alanı konumunu belirler. Simülasyonun bulguları, frekans seçici kanallarla birlikte toplam beyaz Gauss gürültüsü (AWGN) kullanılarak elde edilir. Geleneksel karma numeroloji sisteminde kullanılan kör olmayan tanımlama stratejisiyle karşılaştırıldığında, elde edilen sonuçlar, önerilen yöntemin sağlam bir tanımlama doğruluğuna ve tatmin edici bir BER performansına sahip olduğunu göstermektedir. Kablosuz iletişim sistemlerindeki kanal dürtü yanıtı, kanal bağlantılarının sayısı biliniyorsa (CIR) daha iyi tahmin edilebilir. Derin sinir ağlarının (DNN'ler) kullanılmasıyla, bu araştırma, mevcut bir DNN'yi değiştirdiğimiz ve yakınsama performansını analiz ettiğimiz kablosuz kanal bağlantılarının sayısının verimli bir şekilde tespit edilmesi hedefine ulaşmayı başardı. kablosuz sistem. Görüntülenen sonuçlar, uyarlanan DNN'nin, Sinyal Kaynaklarının Spektrum Ağırlıklı Tanımlanması (SWISS) adlı mevcut bir algoritmaya kıyasla, kanal bağlantılarının sayısını belirlemede üstün performans gösterdiğini göstermektedir. Radar ve iletişimin birlikte yaşaması, orta erişim kontrolü (MAC) katmanında, özellikle programlama ve radyo kaynakları yönetimi (RRM) alanlarında çok sayıda araştırma fırsatı sunan, gelişmekte olan bir teknolojidir. Kablosuz ortamlarda çalışan artan sayıda uygulamaya uyum sağlamak için daha etkili olan programlama yöntemlerine ihtiyacımız var. Radar destekli araç haberleşme sistemi kapsamında, yankının bir hedeften yansıdığı, yankı tabanlı senaryo adı verilen bir durumu inceliyoruz. Geleneksel programlama mekanizmalarında yapıldığı gibi sadece sinyalparazitvegürültü oranına (SINR) güvenmek yerine, menzil ve hız gibi ek özellikleri bir araya getiren yeni bir radar destekli iletişim programlama algoritması sunuyoruz. zamanlama süreci. Mevcut kaynakları programlamak için gereken bilgi, önerilen algoritma tarafından radar yankısından çıkarılır. Yeni parametreler, radar destekli iletişim programlama yöntemini çok çeşitli senaryolarda daha esnek ve verimli hale getiriyor. Önerilen yöntem, B5G haberleşme sistemleri için lokalizasyon ve algılama yapılmasına olanak sağladığı için avantajlıdır. Mevcut dinamik kaynak bloğu yapısına (D-RBS) dayalı verimli bir radyo kaynak programlama (RRS) yaklaşımı öneriyoruz. Önerilen RRS, trafik talebindeki değişikliklere daha duyarlıdır. Daha spesifik olarak, küçük boyutlu kaynak blokları (RB)'ler, trafik ihtiyaçları ve bağlantı arızalarındaki değişiklikleri işlemek için kullanıcı ekipmanlarına (UE) tahsis edilir. Önerilen yaklaşım, delinmiş mini yuva tabanlı programlama yöntemleri kullanılmadan düşük gecikmeli iletişim sağlar. Böylece, gelişmiş mobil geniş bant (eMBB) UE'lerinin veya hücrelerinin performansı, ultra güvenilir düşük gecikme süreli iletişim (URLLC) UE'lerine öncelik verilirken bozulmaz. Mevcut RB'leri tahsis etmek için, hepsini bir kez deneme (RR), orantılı adil (PF) ve en iyi kanal kalite göstergesi (BCQI) gibi geleneksel programlama algoritmaları kullanılır. Ayrıca önerilen şema, sinyalgürültü oranı (SNR) değerleri gibi belirli eşiklere dayalı olarak RR ve BCQI programlamasının dinamik olarak değiştirilmesine izin verir. Önerilen yöntemin etkinliğini standart statik kaynak blok yapısı (S-RBS) ile karşılaştırmak amacıyla, sistem düzeyinde simülasyonlar (SLS'ler) gerçekleştirilir. Simülasyon sonuçları, geliştirilen yaklaşımın çeşitli beşinci nesil (5G) hizmetler için güçlü veri hızı, sistem verimi, spektral verimlilik (SE) ve UE başına ulaşılabilir oran sağladığını göstermektedir.