Gezgin iletişim için uzay-zaman kodlamalı çok-taşıyıcılı tümleşik sistem tasarımı

Abstract

Günümüzde önemi hızla artan gezgin ve telsiz (mobile/wireless) iletişim sistemleri (uydu iletişimi, gezgin radyo, “indoor” iletişim) iletişim kanalının neden olduğu toplamsal Gauss gürültüsüne ek olarak sönümlemeden (fading) ve faz seyirmesinden de büyük ölçüde etkilenmektedir. Bu tür sistemler için, gerek kullanıcı sayısının artması ve gerekse gezgin anten boyutları ve uydunun ışınım sınırlamaları nedeniyle band ve güç verimliliği yüksek iletişim tekniklerinin geliştirilmesi gerekmektedir. Gezgin iletişim sistemlerinde kanalın neden olduğu sönümleme etkisini azaltmanın diğer bir yolu da çeşitleme (diversity) yöntemlerinden yararlanmaktır. Çeşitleme sisteme değişik şekillerde, örneğin frekans ya da zamanda konabilir. Çeşitlemenin doğal olarak varolduğu durumlarda ise, örneğin çok yollu yansımada, yapılacak şey uygun bir alıcı ile varolan çeşitlemeden yararlanmaktır. Bu amaçla bir kaç yıl içinde, kafes kodlamalı modülasyon tekniğinin bir genellemesi gibi düşünebileceğimiz, “uzay-zaman kodlama (space-time coding)” adıyla yeni bir teknik ortaya atılmıştır. Kodlamanın, modülasyonun ve çeşitlemenin optimum bir şekilde birleştirildiği bu yöntemle tasarlanmış gezgin iletişim sistemlerinin başarımlarında büyük iyileşmeler sağladığı görülmüştür. Diğer taraftan geniş bandlı gezgin iletişim sistemlerinde, özellikle frekans seçici kanallar üzerinden iletimde yüksek başarımlarından dolayı, “çok taşıyıcılı (multicarrier)” sistemler günümüzde yaygın olarak kullanılmaya başlanmıştır. Bu sistemlerin OFDM diye adlandırılan versiyonu, tüm iletişim kanalını belli sayıda alt-kanallara bölerek bilgiyi birbirine dik (orthogonal) seçilmiş alt-taşıyıcı frekanslarla iletme ilkesine dayanmaktadır. Bu şekilde frekans seçici bir kanalın çok-yollu ve sönümleme etkileri en aza indirilmiş olmaktadır. Ancak, OFDM sistemlerinin gerek taşıyıcı frekans ve gerekse faz kaymalarına çok duyarlı olduğu bilinmektedir. Bu nedenle OFDM sistemlerinde frekans ve faz eşzamanlama (senkronizasyonu) probleminin bu duyarlığı da aşacak şekilde çözülmesi gerekir. Projenin amacı uzay-zaman kodlama tekniği ile OFDM tekniğinin birleştirildiği ve sürekli faz modülasyonunun kullanıldığı yeni bir “uzay-zaman kodlamalı OFDM tümleşik, geniş bandlı gezgin iletişim sisteminin” verici ve alıcı kısımlarının tasarlanması ve böyle bir sistem için gerekli eşzamanlama algoritmalarının geliştirilmesidir. Daha sonra tasarlanan sistemin hata başarımları gerek analitik yöntemlerle ve gerekse benzetim yoluyla incelenecektir. Başarım analizlerinde bit hata olasılıklarının belirlenmesi amaçlanacak ve diğer sistemlerle karşılaştırılması yoluna gidilecektir.

Mobile/wireless communication systems are largely effected by the fading and phase shift as well as additive Gaussian noise caused by the transmission channel. These kinds of systems require development of power and band efficient transmission techniques for some reasons such as the increase in the number of users, dimensions of the mobile receiver antenna or the radiaction limitations of the satellite. In mobile communication systems one way to reduce the effects od fading is to make use of diversity techniques, which can be adabted to the system in various forms such as frequency or time diversity. Sometimes diversity may also exist naturally, in such situations it is convenient to make us of this diversity via an approprite receiver structure. For this porpuse, space-time coding, a generalization of trelliscoded modulation technique, is recently developed. A substantial amount of improvements have been observed in the performance of mobile communication systems that utilize this technique having optimal combination of coding, diversity and modulation. On the other hand in wide band transmission systems, especially in the presence of the frequency selective channels, multicarrier systems are being employed extensively because of their high performance. A version of multicarrier systems that is called OFDM divides the transmission channel into a number od sub-channel and transmits information from these sub-channels over orthogonal sub-carriers. This helps to minimize the multi path and fading effects of the frequency selective channel. However, OFDM systems are very sensitive to frequency and phase shifts. So n this systems frequency and phase synchronization issue must be dealt in a way to overcome this sensitivity as well. The objective of this project is to design receiver and transmitter structures and develop synchronization algorithms for a new “space-timecoded OFDM integrated wide band mobile communication system” that utilizes a combination of space-time coding and OFDM with continuous phase modulation. The performance of these developed structures will be examined by analytical means and computer simulations. The performance analysis will be presented by means of the upper limets of the bit error rate (BER) and the BER performance will be compared with other systems.