Frekans Seçici Kanallarda Çalışan Yukarı Link MC

Frekans Seçici Kanallarda Çalışan Yukarı Link MC

IEEE 15. Sinyal İşleme ve İletişim Uygulamaları Kurultayı - 2007
Frekans Seçici Kanallarda Çalışan Yukarı
Link MC-CDMA Sistemleri için EM Tabanlı
Birleşik Bilgi Sezim ve Kanal Kestirim
Yöntemi
Erdal Panayırcı1, Hakan Doğan2, Hakan Ali Çırpan2, Bernard H. Fleury3
1 İstanbul
Üniversitesi
Elektrik&Elektronik Mühendisliği
2Kadir Has Üniversitesi
Elektronik Mühendisliği
3Aalborg Üniversitesi
Elektronik Sistemler Bölümü
[email protected]
[email protected]
[email protected]
[email protected]
IEEE-SIU07
Sunu Başlıkları
„
„
„
„
„
„
Giriş
Yukarı Link MC-CDMA sistemleri
Sinyal Modeli
EM algoritması
Bilgisayar Benzetimleri
Sonuçlar
IEEE-SIU07
Giriş
OFDM ve CDMA sistemlerinin kombinasyonunu öngören MC-CDMA
sistemleri her iki sistemin avatajlarını kullanabilmek için 1993 yılında
önerilmiştir.
?
Yukarı Link
H4
H1
H2
H3
Her bir kullanıcıya ait kanal bilgisi ve diğer kullanıcılara ait bilgi sezimi
IEEE-SIU07
Çalışmanın Amacı
Yukarı Link
MC-CDMA sistemlerinin Frekans seçici
kanallar üzerinden yapılan iletişiminde SNR
düşüşüne ve çoklu erişim karışımına (MAI)
sebeb olmaktadır.
Oluşan başarım düşüşünü engelleyebilmek için
alıcıda kanal denkleştirme ve sezim işlemi
kanallara ait mevcut bilgi sayesinde
gerçekleştirilebilmektedir.
Geleneksel MC-CDMA alıcı yapılarında çoklu
erişimden doğan karışım tek kullanıcı ayrık kestirim ve
sezim yöntemlerine dayanan alıcılardan oluşmaktadır.
?
IEEE-SIU07
Çalışmanın Amacı
Sistemin başarımı için kanal kestirimi ve bilgi sezimi
işleminin ortak olarak çözümlenmesi gerekmektedir.
Bu çalışma da, Kocian’nın düz sönümlemeli DS-CDMA üzerine önerdiği
EM algoritması, frekans seçici kanallar üzerinden çalışan yukarı link MCCDMA sistemlerinde çoklu kullanıcı bilgi sezimi ve kanal kestirimi işlemini
gerçekleştirebilmek için genişletilmiştir.
R1: A. Kocian and B. H. Fleury, “EM-based joint data detection and channel
estimation of DS-CDMA signals,”IEEE Trans. Commun., vol. 51, no. 10, pp.
17091720, Oct. 2003.
IEEE-SIU07
Yukarı Link MC-CDMA sistemleri
K adet aktif kullanıcı
k. kullanıcı göndereceği sembolü frekans izgesinde
yayıcı koduyla modüle eder.
boyutlu
özel
P noktalı ters FFT’si alınan işaret paralelden seriye çevrilerek uzunluğu enaz L olan
önek eklenir ve kanaldan iletilir.
Frekans seçici kanalllar
P alt taşıyıcı
1. kullanıcı
.....
2. kullanıcı
.....
.....
.
k. kullanıcı
.....
. ..
...
.....
K. kullanıcı
Sinyal Modeli
IEEE-SIU07
Gönderilen işaret, frekans seçici kanal üzerinden alıcıya geldiğinde, işarete
ait önek kaldırılarak ayrık Fourier dönüşümü (DFT) uygulanır.
k. kullanıcıya ait
m. zamanındaki sembol
IEEE-SIU07
EM algoritması
Karıştırılmış sinyallerin toplamını ifade eden sinyal modelininin çözümlenmesi EM
algoritmasıyla mümkündür.
Sistemdeki gürültünün k. kullanıcıya ait kısmı olup değişintisi
Herbir kullanıcıya ait iletilen
sembollerin kestirimi
?
Problem
Gözleme göre
dir
Herbir kullanıcıya ait karmaşık
kanal katsayılarının kestirilmesi
EM algoritması
Gözlem bilgisi (eksik bilgi)
IEEE-SIU07
Tüm bilgi
Verilen tüm bilgiden b’nin kestirimi için koşullu olasılık fonksiyonu
Beklenti adımı (E-Adımı), ortalama logaritmik olasılık fonksyonunun hesaplanması
Gözlenmiş y’den tüm bilgiye ait koşullu beklenti hesabıyla gerçekleştirilir
En büyükleme Adımı (M-Adımı), her bir kullanıcıya ait gönderilen sembollere ait
şartlı olasılık fonksyonun en büyüklenmesi
EM algoritması
IEEE-SIU07
Sinyal Modeli
Herbir kullanıcıya ait sembol kestirim işlemi
Birleşik kanal kestirimi ve parçalı karışım yoketmeli bilgi sezimi olarak düşünülebilir
Kanal kestirimi
IEEE-SIU07
Bilgisayar Benzetimleri
Her bir kullanıcı için, kodları arasında diklik özelliği bulunan Walsh dizisi,
boyutu kanalda kullanılan altbant sayısına eşit olacak (P=16) şekilde
tanımlanmıştır
Aktif Kullanıcı sayısı 16 seçilmiştir. Gönderilen çerçeve T adet
başlangıç sembolü ve F adet bilgi sembolünden oluşmaktadır
Alıcı ve verici arasındaki kanal L uzunlukta TU kanal olarak
modellenmiştir.
BPSK modülayonu kullanılmıştır. Toplam bandgenişliği 1.228 MHz
(Qual Comm-CDMA).
IEEE-SIU07
Bilgisayar Benzetimleri
Karşılaştırma Yapılan Alıcılar
MMSE ayrık sezim ve kestirim alıcısı (separate detection and estimation-SDE)
T adet pilot sembolü kullanılarak MMSE kanal kestirimini gerçekleştiren alıcı,
bulduğu bu kanal katsayıları yardımıyla gelen çerçevedeki F adet bilgi
sembolünün MMSE kestirimini gerçekleştirmektedir.
Kanalın tamamen bilinmesi durumu
CSI-MMSE
Tümleşik MMSE-PIC
( MMSE-SDE)’nin çıkışı paralel karışım engelleyiciye (PIC)
uygulandığı durum
Kanalın tamamen bilinmesi durumu
CSI-Combined MMSE-PIC
IEEE-SIU07
Bilgisayar Benzetimleri
Ayrık sezim ve kestirime dayalı alıcı basarımları incelenmiştir ve kullanılan pilot
sayısı 40 olduğunda kanalın tamamen bilindiği duruma yakınsadığı gözlemlenmiştir.
IEEE-SIU07
Bilgisayar Benzetimleri
Kullanılan pilot sayısının 8 olması durumunda EM-JDE nin kanalın tamamen bilindiği
durumdaki başarımı sağladığı görülmüştür.
IEEE-SIU07
Sonuçlar
Bu çalışmada, frekans seçici kanallarda çalışan yukarı link MC-CDMA
sistemleri için birleşik bilgi sezimi ve kanal kestirim işlemi problemine
yaklaşımda bulunulmuştur.
Kocian’nın düz sönümlemeli Rayleigh kanallar üzerinden çalışan yukarı link
DS-CDMA sistemler için önerdiği EM tabanlı alıcı yapısı genelleştirilerek
probleme uygulanmış ve kullanıcılara ait bilgi dizilerinin sezimi için parçalı
karışım engelleyici ve kanal kestirimci kullanılarak kapalı formda çözüm elde
edilmiştir.
Yapılan bilgisayar benzetimlerinde kullanılan az sayıdaki pilotun EM
algoritmasını ilklendirmek için yeterli olduğu ve daha önce önerilen MMSESDE, Tümleşik-MMSE-PIC alıcı yapılarından üstünlüğü gösterilmiştir.
Önerilen alıcının kanallara ait bilgilerin alıcıda tamamen bilinmesi
durumundaki Tümleşik MMSE-PIC alıcı yapısının başarımına yaklaştığı
gözlemlenmiştir.
IEEE-SIU07
Dinlediğiniz için Teşekkür ederim
Hakan Doğan
[email protected]
Destekleyen Kuruluşlar