Bilişsel iletim ağlarında parçalı spektrum algılama ve alıcı çeşitleme yöntemleri

Abstract

Son yıllarda geliştirilen kablosuz haberleşme standartları içinde, bilişsel radyo (BR) sistemlerine ilişkin tasarımlar, frekans bandının verimsiz kullanılmasından ötürü izgenin statik olarak dağıtılması yerine dinamik olarak kullanımını öneren yaklaşımlar, önemli bir yer tutmaktadır. Dinamik izge erişimi yöntemini kullanan BR sistemleri tüm spektrumu dinleyen, yer, zaman ve lokasyona bağlı olarak izgenin kullanımı hususunda bilgi sahibi olan, mevcut kaynakların kullanımı için akıllı kurallar tanımlayan yeni nesil radyo haberleşme teknolojisidir. Bu tezin önemli bir bölümünde, bilişsel radyo ağları için, toplamsal beyaz Gauss gürültülü (AWGN) ve sönümlemeli haberleşme kanallarında performans analizi ve radyo frekans izgesindeki kaynakların daha etkin, optimum kullanılabilirliğini artırıcı sistem modelleri üzerinde çalışılmıştır. Bu tezde işbirliksiz ve işbirlikli haberleşme sistemleri incelenmiştir. Ayrıca alıcı anten çeşitleme teknikleri kullanılarak tasarlanan işbirliksiz ve işbirlikli modellerde, sistem performansının iyileştirilebileceği gösterilmiştir. Bu kapsamda tez iki ana kısımdan oluşmaktadır. Birinci kısımda BR ağlarda işbirliksiz haberleşme sistemleri için enerji dedektörü (ED) yöntemiyle, parçalı frekans izgesinde gerçeklenen algılama olasılığı performansı AWGN ve Rayleigh, Rician, Log-Normal sönümlemeli kanallar için incelenmiştir. Parçalı frekans izge kullanımını iyileştirmek ve işbirliksiz izge sezimi performansını artırmak BR haberleşmesinde çörp-z dönüşümü (ÇzD) temelli tekniğe ilişkin algoritmalar kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Ayrıca, birden fazla anten içeren tek girişli çok çıkışlı (TGÇÇ) sistem modeli ile alıcıda, seçmeli birleştirme (SB), eşit kazanç birleştirmesi (EKB), en büyük oran birleştirmesi (EOB) yöntemleri kullanılarak, BR ağlarında ED metodu ile Rayleigh sönümlemeli haberleşme kanalı için izge algılama performansının artırılabileceği gösterilmiştir. Daha sonra, sistem performansının artmasını ve alıcıdaki toplam hatanın minimize edilmesini sağlayan optimum algılama eşik değerlerine ait genel kapalı form denklemleri, AWGN ve Rayleigh, Rician ve Log-Normal sönümlemeli kanallar için türetilmiştir. Bilgisayar benzetimleriyle, önerilen parçalı çörp-z dönüşümü (PÇzD) algoritmasının, geleneksel hızlı Fourier dönüşümü (HFD) algoritmasına göre, düşük işaret-gürültü-oranı (İGO) değerlerinde çok daha iyi performans gösterdiği görülmüştür. EOB tekniğinin, diğer tekniklere göre daha yüksek performansa sahip olduğu gösterilmiştir. Teorik sonuçların doğruluğu bilgisayar benzetimleri ile ispat edilmiştir. Son olarak, önerilen PÇzD temelli sistem modelinin 4. Nesil (4N) kablosuz haberleşme standartı olan uzun vadeli evrişim (UVE) ile ilişkilendirilmesi ele alınmıştır. İzge kullanımının işbirlikli haberleşme sistemlerindeki etkisinin incelenmesi, tezin ikinci kısmını oluşturmaktadır. Toplam hata oranının ED yöntemi kullanılarak minimize edilmesi çalışması ile SB ve EOB alıcı anten çeşitleme tekniklerinin kullanıldığı tek röleli kuvvetlendir-ve-aktar (KA) yönteminin uygulandığı işbirlikli sistem modelinde optimum eşik seviyelerinin Rayleigh sönümlemeli kanal için kapalı form genelleştirilmiş ifadeleri türetilmiştir. Tasarlanan tek röleli sistem modelinde, SB yöntemine ait olasılık yoğunluk fonksiyonuna (OYF) ve Pd, algılama olasılığına ait analitik ifadeler elde edilmiştir. Bilgisayar benzetimleriyle, farklı İGO değerleri için, işbirlikli haberleşme sistemine ait izge algılama performansının, işbirliksiz sisteme göre arttığı görülmüştür. Alıcıda SB, EKB, EOB birleştirme teknikleri kullanıldığında, kullanılmayan duruma göre, algılama performansının belirgin şekilde iyileştiği gösterilmiştir. Bu benzetim sonuçları, farklı İGO değerleri için optimum algılama eşik değerleri kullanılarak verilmiştir. Son olarak, teorik sonuçların simülasyon sonuçlarını doğruladığı tespit edilmiştir.