Zamanla değişen kanallarda turbo kodlama

Abstract

Turbo kodlama tekniği, iletişim sistemlerinde bit hata oranı (BER) başarımı yönünden en önemli kodlama tekniklerinden biridir. Bu tezde, Turbo kodlama tekniğinin özel yapılarından, ikili (binary) Turbo kodlama (TC) ve Turbo kafes kodlamalı modülasyon (TTCM) yapısı incelenmiştir. Bu kodlama tekniklerine uygulama alanı olarak, zamanla değişen kanalların özel bir modeli olan Geniş Anlamda Durağan İlintisiz Saçılmalı (WSSUS) kanal modelleri seçilmiştir. Tezin özgün olan bir kısmı, TC ve TTCM yapılarının kanal dengeleme algoritmaları ile WSSUS çok yollu kanallara uygulanmasıdır. Diğer özgün kısmı ise, Çoklu Seviye-Turbo Kodlama (Multi Level Turbo Codes, ML-TC) ve Verici Çeşitlemeli-Turbo Kafes Kodlamalı Modülasyon (Transmit Diversity-Turbo Trellis Coded Modulation, TD- TTCM) yapılarının önerilmesi ve bu yapıların WSSUS çok yollu kanallardaki performanslarının ölçülmesidir. Tezin ilk bölümünde, konunun genel bir tanıtımı yapılarak, bu konu hakkında daha önce yapılan çalışmalar sunulmuştur. Ayrıca tezin amacı, içeriği ve tez ile getirilen yenilikler açıklanmıştır. İkinci bölümde, zamanla değişen çok yollu kanalların yapılarından, matematiksel modellerinden ve sönümlenme karakteristiklerinden bahsedilmiştir. WSSUS kanal modelleri ve WSSUS tabanlı COST207 kanal tipleri açıklanmıştır. Üçüncü ve dördüncü bölümde, ikili Turbo kodlar (TC), kafes kodlamalı modülasyon (TCM) ve Turbo kafes kodlamalı modülasyon (TTCM) ayrıntılı olarak açıklanmıştır. Soft-girişli soft-çıkışlı (SISO) kod çözücülere dayanan iteratif kod çözme tekniğinin matematiksel ifadesi verilmiştir. Kod çözme yöntemi içinde MAP algoritması tanıtılmış, Jacobian logaritması kullanılarak Log- MAP ve Max Log-MAP algoritmaları elde edilmiştir. Beşinci bölümde, ikili Turbo kodlama, kanal dengeleme algoritmaları (LMS, RLS) ile WSSUS kanal modellerine uygulanmış ve simülasyon sonuçlan sunulmuştur. Altıncı bölümde, ikili Turbo kodlama tekniği, kör kanal dengeleyici (Eigen Vector Algorithm, EVA) ile birleştirilmiş ve Turbo_EVA olarak isimlendirilmiştir. Bu yapı, WSSUS kanal modellerine uygulanmış ve simülasyon sonuçlan incelenmiştir. Yedinci bölümde, ML-TC yapısı önerilmiş ve 2 Seviyeli-Turbo Kodlama (2L- TC) tekniğinin, kör (EVA) ve açık (LMS, RLS) kanal dengeleme algoritmalan ile WSSUS kanal modelleri üzerindeki performansı gözlenmiştir. 4PSK modülasyonlu 2L-TC ve 8PSK modülasyonlu TTCM yapılan için simülasyon sonuçlan elde edilmiştir. Kanal dengelendiğinde ML-TC yapılan, WSSUS kanal modellerine uygulanabilir olduğu sonucuna vanlmıştır. 4PSK 2L-TC yapısı, 8PSK TTCM yapısıyla karşılaştırdığında 5.5 dB daha iyi sonuç vermiştir. Tezin son bölümünde, Verici Çeşitlemeli-Turbo Kafes Kodlamalı Modülasyon (TD-TTCM) adlı yeni bir yapı önerilmiştir. TD-TTCM yapısının performansı, WSSUS çoklu giriş-çoklu çıkış (Multi Input-Multi Output, MIMO) kanal modellerinde gösterilmiştir. Kablosuz haberleşmede anten çeşitlemesi, band sınırlı kanallarda cazip bir uygulamadır. Sembol vektörleri, önerilen verici çeşitlemesi (TD) ile TD-TTCM kodlayıcı kısmından gönderilir. Özellikle çoklu anten konfigürasyonlannda, kanal parametrelerinin kestirilmesi hata başanmım arttırmaktadır. Bu yüzden GA, iki anten konfigürasyonlu TD- TTCM yapışma uyarlanmış ve GA'nın kanal kestiriminde TD-TTCM için güçlü bir algoritma olduğu gözlenmiştir. İteratif çözüm metodu ile çalışan özel bir birleştirici, kestirilmiş sembolleri TD-TTCM kod çözücü kısınma göndermektedir. TD-TTCM yapısı çoklu anten konfigürasyonlarma uygulandığında, 2 Verici-2 Alıcı (2TX-2RX) anten konfigürasyonu, 2 Verici-1 Alıcı (2TX-1RX) anten konfigürasyonuna göre 2.5 dB daha fazla kodlama kazancı sağlamıştır.