Çok girdili çok çıktılı kablosuz haberleşme sistemleri için sinyal tanıma sistemlerinin geliştirilmesi

Abstract

Radyo spektrumunun denetlenmesi, gözetlenmesi ve bu bağlamda tanınmayan haberleşme sinyallerinin transmisyon parametrelerinin analizi, kablosuz haberleşme sistemlerinin kullanıma girmeye başlamasından beri önemli ve popüler bir araştırma konusu olmuş, bu amaç için geliştirilen teknikler hem askeri hem de sivil uygulamalarda kullanım bulmuştur. Bu projede kısaca sinyal tanıma algoritmaları olarak adlandıracağımız bu sinyal analizi tekniklerinin amacı, bilinmeyen sinyallerin taşıyıcı frekansı, bant genişliği, modülasyon tipi, kullanılan çoklu erişim ve frekans yayma metodları ve bunun gibi, bilinmeyen göndericinin kullandığı transmisyon metodlarının kendine özgü parametrelerinin işbirliksiz bir şekilde tespitinin sağlanmasıdır. Özellikle sayısal kablosuz iletişim sistemlerinin kullanımının hem sivil hem de askeri alanlarda giderek yaygınlaşması, haberleşmede kullanılan tekniklerin her geçen gün daha komplike hale gelmesi ve giderek çeşitlenmesi, sinyal tanıma algoritmalarının yeni ortaya çıkan transmisyon tekniklerini de kapsayacak şekilde sürekli olarak geliştirilmesini gerektirmektedir. Son birkaç yıl içinde büyük ilgi gören çok girdili çok çıktılı (MIMO) haberleşme sistemleri yukarıda bahsedilen yeni ortaya çıkan teknikler arasında vaadettikleri kapasite artışı açısından önemli bir yere sahiptir. Her ne kadar MIMO sistemlerin bant genişliği, taşıyıcı frekansı gibi bazı temel parametrelerinin tespiti için geleneksel tek girişli tek çıkışlı (SISO) sistemleri için geliştirilen metodların uyarlanması mümkün ise de, MIMO sinyalleri, kullanılan anten sayısı, uzay zaman kodları gibi SISO sistemleri için geçerli olmayan ancak sinyal tanıma için tespit edilmesi elzem olan kendine özgü sistem parametrelerine sahiptir. Buna ilave olarak, SISO sistemler için geliştirilen modülasyon tipi tanıma algoritmaları MIMO sistemleri için yetersiz kalmaktadır. Bu projede MIMO sinyalleri için yenilikçi sinyal tanıma sistemleri geliştirilmesi hedeflenmiştir. Bu bağlamda öznitelik ve olabilirlik bazlı yenilikçi modülasyon tipi tanıma, uzay zaman kodu tanıma, ortakça uzay-zaman kodu ve anten sayısı tanıma, ortakça modülasyon tipi ve uzay zaman kodu tanıma ve ortakça anten sayısı ve modülasyon tipi tanıma algoritmaları geliştirilmiştir. Farklı koşullar için geliştirilen bu algoritmalar ile literatürde MIMO sinyal tanıma sistemleri konusunda varolan açığın kapanmasına katkıda bulunulmuştur.

Since the introduction of wireless communication systems, the analysis of the transmission parameters of unknown communication signals within the context of spectrum monitoring and surveillance has been a very popular and significant research area, and the methodologies developed for this purpose have been employed both in military and civilian applications. The main task of the aforementioned signal analysis techniques, which we will refer to as signal identification algorithms in the framework of this project, is the non-cooperative extraction of the parameters specific to the transmission methods used by the unknown transmitter, such as carrier frequency, bandwidth, modulation type, employed multiple access and frequency spreading methods, etc. Because of the widespread use of the wireless digital communication systems both in the civilian and military sectors, and the increasing diversity and complexity in the communication techniques employed in those systems, the existing signal identification algorithms need to be constantly extended and improved to include the newly emerging wireless digital transmission techniques. The multiple input multiple output (MIMO) systems that have been drawing a considerable interest within the last decade are perhaps the most important and the promising of the aforementioned emerging systemsin terms of the capacity increases they are expected to offer. Although some of the fundamental transmission parameters of the MIMO signals, such as carrier frequency and bandwidth, can be extracted by using methodologies developed for conventional SISO signals, MIMO signals have also specific parameters, such as number of antennas and employed space-time code, that are not valid for SISO signals, but have to be recognized for the purpose of signal identification. Furthermore, modulation type classification techniques, that have been developed for SISO systems cannot be used for the MIMO case due to self interference.The aim of this project is to develop novel signal identification algorithms for MIMO systems. To this end, likelihood-and feature basedalgorithms have been proposed for modulation type classification, space time bock code classification, joint modulation type and space-time block code classification, joint antenna number and modulation type classification and joint antenna number and modulation type classification. The proposed novel algorithms present a significant contribution to the literature.