AF ve DF tabanlı işbirlikli sistemlerde röle seçimi

Abstract

Çok yollu yayılımdan kaynaklanan sönümleme, telsiz iletişim sistemlerinde görülen en önemli bozucu etkidir. Sönümleme etkilerine karşı koyma yöntemlerinden biri uzay veya anten çeşitlemesi olarak da bilinen, çok girişli çok çıkışlı (multi input multi output, MIMO) sistemler kullanmaktır. Çoklu anten kullanmak baz istasyonları için uygun olmasına karşın, donanım karmaşıklığı ve maliyet açısından gezgin birimler için çok uygun değildir Bu engele alternatif bir çözüm olarak, "işbirlikli iletişim" tekniği yaygınlaşmaktadır. İşbirlikli röleli iletişimde, kaynaktan gönderilen mesajlar hedefe, hücre içindeki uygun diğer kullanıcılar veya röleler üzerinden kuvvetlendir ve ilet (amplify and forward, AF) veya çöz ve ilet (decode and forward, DF) aktarma yöntemleriyle iletilmektedir. İşbirlikli iletişimde, gezgin birimler tek verici / tek alıcı antene sahip olsalar bile tüm sistemde dağıtılmış anlamda uzay çeşitlemesi elde edilebilmektedir. Son yıllarda yapılan araştırmalarda, işbirlikli röleli sistemlerin, işbirliği yapılmayan sistemlere göre aynı işaret-gürültü oranında (Signal-to-noise ratio, SNR) hata başarımını iyileştirebileceği görülmüştür. İşbirliği yapılarak elde edilen bu başarım, sistemde kullanılan röle sayıları artırılarak daha da iyileştirilebilir. Literatürde, ele alınan sistemlerde terminaller arasındaki kanallar genellikle Rayleigh ve Nakagami-m dağılımlı olarak modellenmiştir. Fakat haberleşen terminallerden birkaçı veya hepsinin hareketli terminaller olması durumunda bu klasik dağılımların yetersiz kaldığı ve bu dağılımların yerine çarpımsal kanal modeli veya kaskat kanal modeli adı verilen modellemelerin kullanılabileceği yapılan deneysel çalışmalarla gösterilmiştir. Bu tezde AF ve DF tabanlı işbirlikli röle sistemlerinde röle seçimi algoritmaları incelenerek yeni algoritmalar önerilmesi planlanmıştır. Bu sistemlerde farklı kablosuz kanal yapıları (Rayleigh, Nakagami-m, kaskat kanallar) ele alınmıştır. Öncelikle ele alınan sistemlerin hata performansları yani Monte Carlo simülasyonları bilgisayar ortamında gerçekleştirilmiştir. Sonrasında, özellikle, uçtan-uca SNR ve istatistikleri (olasılık yoğunluk fonksiyonu (PDF), olasılık dağılım fonksiyonu (CDF), moment üreten fonksiyonu (MGF)) türetilerek sistemin servis kesilme olasılığı ve bit/simge hata olasılığı (BER/SER) ifadeleri elde edilmiştir. Ayrıca DF tabanlı işbirlikli röle sistemleri için hata yayılımını azaltıcı metodlar kullanılmış ve yeni yöntemler önerilerek sistem başarımları araştırılmıştır. DF tabanlı işbirlikli telsiz iletişim sistemlerinde röledeki sezim hatalarının hedefteki başarımı olumsuz etkilemesi sonucu hata yayılımına sebep olmaktadır. Bu problem için çözümler literatürde genelde tek antenli sistemler için önerilmiştir. Bu tezde bu çözümlerden, işbirlikli en büyük oran birleştirmesi (Cooperative maximal ratio combining, C-MRC) ve sanal gürültü (virtual noise, VN) yöntemleri üzerinde durulmuştur.