Dikgen Frekans Bölmeli Çoğullama Sistemlerinde Pilot Örüntüsü ile Sönümlemeli Radyo Kanal Değişkenlerinin İlişkilendirilmesi

Abstract

Dikgen frekans bölmeli çoğullama (DFBÇ) yüksek veri iletim hızına olanak tanıması, frekans seçici sönümlenmeye ve semboller arası girişime dayanıklı olması nedeniyle kablosuz iletişim sistemlerinde sıklıkla kullanılmaktadır. DFBÇ sisteminde çok yollu sönümlenmenin etkisinin azaltılması ve başarımın iyileştirilmesi için kanal kestirimi yapılmalıdır. Kanalın zaman ve frekans düzlemindeki özellikleri iyi bir biçimde kestirilirse gönderilen bitler doğru algılanır ve bit hata oranı azalır. Kanal kestirim algoritmaları pilot tabanlı ve kör algoritmalar olarak iki gruba ayrılabilir. Pilot tabanlı kanal kestiriminde alınan sinyalin istatistiksel özelliklerinin bilinmesine gerek olmadığından daha etkin bir yöntemdir. Sistem başarımı ile kullanılacak pilot sayısı arasında bir ödünleşim vardır. Bu nedenle sistem başarımını arttırmak için kanalın sönümlenme özelliklerine uygun pilot örüntüsünün kullanılması gereklidir. Bu tezde kanal durum bilgisi iki boyutlu pilot tabanlı kanal kestirimi kullanılarak belirlendi. DFBÇ sisteminde kanal kestirimi başarımına; pilot aralığının ve örüntüsünün etkisi incelendi. Farklı zaman ve frekans seçicilikli kanallar için frekans ve zaman yönünde kanal kestirim ortalama karesel hatasını en küçük yapan en uygun pilot aralığı analitik ve benzetimsel olarak belirlendi. En uygun pilot yerleşimini kullanmanın bit yanılgı oranını özellikle yüksek zaman ve frekans seçicilikli kanal durumunda oldukça düşürdüğü gözlendi. Zaman ve frekans yönünde en uygun pilot aralığını en iyi biçimde ifade etmek için; kanalın etkin gecikmesi, Doppler frekansı, tutarlı bant genişliği ve tutarlı zaman aralığı değişkenlerinden hangisinin kullanılabileceği incelendi. Sonuçlardan, bu aralıkları en iyi ifade eden kanal değişkenlerinin 0,9 ilinti katsayılı tutarlı zaman aralığı ve tutarlı bant genişliği olduğu görüldü. Deneysel sonuçlar kullanılarak hata karelerinin ortalamasının karekökünü en az yapan bir matematiksel ifade elde edildi. Böyle bir ilişki ile en uygun pilot yoğunluğu, karmaşık hesaplamalara gerek duyulmaksızın kolaylıkla belirlendi.

Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) has been applied widely in wireless communication systems for major advantages such as high data rate transmission capability, ability to combat frequency selective fading and inter symbol interference. In OFDM systems in order to overcome multipath fading, and increase system performance channel estimation must be performed. If time and frequency dispersive characteristics of channel are known the original bits can be recovered correctly thus bit error rate is reduced. Channel estimation methods can be grouped into two categories as pilot based and blind. Since pilot based channel estimation does not require statistical knowledge of received signal it is more effectual. There is a tradeoff between the number of pilot symbols and system performance. Therefore to increase system performance proper pilot pattern should be chosen considering channels selectivity type. In this thesis, channel state information is determined by using two dimensional pilot based channel estimation. The effect of pilot interval and pattern on OFDM system channel estimation performance is investigated. The analytical and simulated optimum pilot symbol interval that yield the minimum channel estimation mean squared error in frequency and time direction are determined for different time and frequency selective channels. It is observed that using the optimum pilot placement lowers bit error rate significantly especially in case of high time and frequency selectivity. In order to define the optimum pilot symbol interval in frequency and time direction in terms of channel parameters; channels' rms delay spread, Doppler frequency, coherence bandwidth and time are used. It is seen from the results that these intervals can be related best with coherence time and coherence bandwidth at 0,9 correlation. A mathematical expression that gives the minimum root mean squared error is obtained by using empirical results. Therefore with the use of this relationship the optimum pilot density is determined easily with reduced computational complexity.