Verici Anten Seçimi ve Bileşen Serpiştirme Teknikleri ile Alamouti Yapılarının Simülasyonu

1. Verici Anten Seçimi ve Bileşen Serpiştirme Teknikleri ile Alamouti Yapılarının Simülasyonu Ahmet F. Coskun 1 Oğuz Kucur2 Elektronik Mühendisliği Bölümü Gebze Yüksek Teknoloji Enstitüsü, Kocaeli 1acoskun@gyte.edu.tr 2okucur@gyte.edu.tr

2. İçerik • Motivasyon ve Hedef • Alamouti İletim Çeşitleme Yapısı • Verici Anten Seçimi (VAS) Tekniği • Bileşen Serpiştirme (BS) Tekniği • Yapılan Simülasyonların Sonuçları ve Değerlendirme

3. Motivasyon & Hedef • M-FKA İşaretlerinin kullanıldığı çeşitlemeli yapılarda, bu İşaret kümeleri için bulunmuş olan Optimum Döndürme Açıları kullanılarak, Bant Genişliği artışı ve Güç Tüketimi artışı olmaksızın, Bileşen Serpiştirme Tekniğinin Sistemlerin yavaş ve düz Rayleigh Sönümlemeli Kanal üzerindeki hata performanslarını iyileştirmesi amaçlanmıştır.

4. Sayısal Bilgi Kaynağı x1 x2 -x2*x1* FKA Modülatörü Alamouti Kodlayıcı Sayısal Bilgi Çıkışı Birleştirme ve Karar İşlemi Kanal Tahmini Alıcı Birim Alamouti İletim Çeşitleme Yapısı ŞEKİL.1

5. Verici Anten Seçimi (VAS) Tekniği Anten Seçimi İşlemi • x1 x2 • -x2*x1* • Alamouti • Kodlayıcı Alıcı Birim i j Geribesleme Anten Bilgisi ŞEKİL.2

6. Kanal Tahmini Sayısal Bilgi Kaynağı Serpiştirici x1 x -x2*x1* Sayısal Bilgi Çıkışı Birleştirme ve Karar İşlemi Alıcı Birim ve Geri Serpiştirici Döndürülmüş FKA Modülatörü Alamouti Kodlayıcı Bileşen Serpiştirme (BS) Tekniği (a) (c) (b) ŞEKİL.3

7. Yapılan Simülasyonların Sonuçları

8. BS Tekniği Uygulanmış Alamouti İletim Çeşitleme Yapıları (2FKA)Optimum Döndürme Açısı : 45o • BS Tekniği ile Bütün İGO Değerlerinde Hata Performansı İyileşmesi • 10-5 bit hata değerinde sırasıyla 13dB, 8dB ve 3.5 dB İGO kazancı • BS-2FKA ile Alamouti 2Tx-1Rx 2FKA Yapıları Eş Performanslı ŞEKİL.4

9. BS ve VAS Teknikleri Uygulanmış Alamouti İletim Çeşitleme Yapıları (2FKA) Optimum Döndürme Açısı : 45o • BS Tekniği ile VAS’lı yapılarda Bütün İGO Değerlerinde Hata Performansı İyileşmesi • 10-5 bit hata değerinde sırasıyla 5dB, 3.5dB ve 3 dB ve 2 dB İGO kazancı (Anten Sayısı ile ters orantılı İGO kazancı) • BS Alamouti 2Tx-1Rx ve Alamouti VAS 3,2Tx-1Rx Yapıları Benzer Performanslı ŞEKİL.5

10. BS ve VAS Teknikleri Uygulanmış Alamouti İletim Çeşitleme Yapıları (2FKA) Optimum Döndürme Açısı : 45o • BS Tekniği ile VAS’lı yapılarda Bütün İGO Değerlerinde Hata Performansı İyileşmesi • 10-5 bit hata değerinde sırasıyla 5dB, 3.5dB ve 3 dB ve 2 dB İGO kazancı (Anten Sayısı ile ters orantılı İGO kazancı) ŞEKİL.6

11. BS Tekniği Uygulanmış Alamouti İletim Çeşitleme Yapıları (4FKA) Optimum Döndürme Açısı : 29.6o • BS Tekniği ile Belirli İGO Değerlerinde Hata Performansı İyileşmesi • BS Tekniğinin Alamouti 2Tx-1Rx ve 2Tx-2Rx yapıları için kritik İGO değerleri sırasıyla 10 dB ve 7.5 dB ŞEKİL.7

12. BS Tekniği Uygulanmış Alamouti İletim Çeşitleme Yapıları (8FKA) Optimum Döndürme Açısı : 8.1o • BS Tekniği ile Belirli İGO Değerlerinde Hata Performansı İyileşmesi • BS Tekniğinin Alamouti 2Tx-1Rx ve 2Tx-2Rx yapıları için kritik İGO değerleri sırasıyla 22.5 dB ve 24.5 dB ŞEKİL.8

13. BS ve VAS Teknikleri Uygulanmış Alamouti İletim Çeşitleme Yapıları (4FKA) • BS Tekniği ve VAS Tekniği ile Belirli İGO Değerlerinde Hata Performansı İyileşmesi • VAS’lı Alamouti Yapılarında BS Tekniği, her anten sayısı için 7 dB değerinden sonra Hata Performansı İyileşmesi sağlar ŞEKİL.9

14. BS ve VAS Teknikleri Uygulanmış Alamouti İletim Çeşitleme Yapıları (4FKA) ŞEKİL.10

15. BS ve VAS Teknikleri Uygulanmış Alamouti İletim Çeşitleme Yapıları (8FKA) • BS Tekniği ve VAS Tekniği ile Belirli İGO Değerlerinde Hata Performansı İyileşmesi • VAS’lı Alamouti Yapılarında BS Tekniği, 3,2Tx-1Rx için 23 dB, 4,2Tx-1Rx için 24.5 dB, değerinden sonra Hata Performansı İyileşmesi sağlar ŞEKİL.11

16. BS ve VAS Teknikleri Uygulanmış Alamouti İletim Çeşitleme Yapıları (8FKA) • BS Tekniği ve VAS Tekniği ile Belirli İGO Değerlerinde Hata Performansı İyileşmesi • VAS’lı Alamouti Yapılarında BS Tekniği, 5,2Tx-1Rx için 25 dB, 6,2Tx-1Rx için 23 dB değerinden sonra Hata Performansı İyileşmesi sağlar. ŞEKİL.12

17. Çeşitlemeli Yapılar İçin Optimum Döndürme Açısının Bulunması (2FKA-BS-Alamouti-(2Tx-2Rx)) • BS+VAS’lı Alamouti Yapılarında, MFKA İşaretleri için Optimum Döndürme Açısının simülasyon yoluyla bulunması amacıyla çok küçük açı adımları için simülasyonlar tekrarlanmıştır. ŞEKİL.13

18. Çeşitlemeli Yapılar İçin Optimum Döndürme Açısının Bulunması (2FKA-BS-VAS-Alamouti-(3,2Tx-1Rx)) ŞEKİL.14

19. SONUÇLAR & YORUMLAR • BS tekniğinin sistemlerin Hata performansını iyileştirici etkileri vardır. • Özellikle 2FKA için 5 dB’ye kadar çıkan İGO kazancı • 2-FKA işaretleri için, BS tekniği mutlak suretle İGO kazancı sağlar. • M-FKA işaretlerinin M seviyelerinin artması ile (dolayısıyla işaret kümesindeki simgelerin arasındaki 2π/M ’lik açı farkının azalması ile) BS tekniğinin sağladığı kazanç düşer, belirli bölgede performans kötüleşir. • 4-FKA ve 8-FKA işaretleri için ise BS tekniği belirli İGO değerlerinden sonra kazanç sağlar. • Kritik İGO değerleri, FKA işaretlerinin M seviyeleri ile orantılı olarak artmaktadır. Bu artış da, bahsedilen işaret kümeleri için BS tekniğinin kullanımını anlamsız hale getirmektedir.

20. SONUÇLAR & YORUMLAR • BS tekniğinin çeşitleme derecesi üzerindeki olumlu etkisi • 2Tx – 1Rx Alamouti yapısının çeşitleme derecesinde 2 birim, • 2Tx – 2Rx yapısının çeşitleme derecesinde ise 1 birim artış. • Bir alıcı antenli VAS’lı Alamouti yapısında ise çeşitleme derecesinde genellikle yaklaşık 2 birim artış . • Farklı çeşitleme teknikleri belirli durumlarda birbirleri için alternatif teknikler olabilmektedir • Alamouti iletim çeşitleme yapısı ↔ BS tekniği • BS tekniği ↔ VAS tekniği • İncelenen sistemler için optimum açı değerlerinin, saf M-FKA işaretleri için elde edilen açı değerleri ile aynı olduğu gösterilmiştir.

21. ..Teşekkürler..

22. Kaynaklar [1] S. M. Alamouti., “A Simple Transmit Diversity Technique For Wireless Communications”, IEEE Journal on Selected Areas In Communications, Vol. 16, No. 8, 1451-1458, 1998.[2] Z. Chen, J. Yuan, B. Vucetic, Z. Zhou,“Performance of Alamouti Scheme with Transmit Antenna Selection”, IEEE Electronics Letters, Vol.39, No. 23, 2003.[3] S. Özyurt, O. Kucur, İ. Altunbaş, “İşaret Diyagramı Döndürülmüş Faz Kaydırmalı Anahtarlama Modülasyonunun Ricean Sönümlemeli Kanallardaki Başarımı”, IEEE Sinyal İşleme ve İletişim Uygulamaları Kurultayı, 16-18 Mayıs 2005, Kayseri.[4] S. Özyurt, O. Kucur, İ. Altunbaş, “Error Performance of Rotated Phase Shift Keying Modulation over Fading Channels”, Wireless Personal Communications, Vol. 43, No. 4, 1453-1463, 2007.[5] L. Yang, J. Qin, “Performance of Alamouti Scheme with Transmit Antenna Selection for M-ary Signals”, IEEE Transactions on Wireless Communications, Vol. 5, No. 12, 3365-3369, 2006.[6] A. F. Coşkun, Verici Anten Seçimi ve Döndürme Teknikleri İle Çoklu-Girişli Çoklu-Çıkışlı Haberleşme Sistemlerinin Simülasyonu, Lisans Bitirme Tezi, GYTE, 2008.