IEEE n MIMO-OFDM WLAN HABERLEŞME SİSTEMLERİNDE KOMPAKT MULTİMOD MİKROŞERİT ANTENLERİN KORELASYON ve KAPASİTE ANALİZİ

Ebat: px
Şu sayfadan göstermeyi başlat:

Download "IEEE 802.11n MIMO-OFDM WLAN HABERLEŞME SİSTEMLERİNDE KOMPAKT MULTİMOD MİKROŞERİT ANTENLERİN KORELASYON ve KAPASİTE ANALİZİ"

Transkript

1 I 80.11n MIMO-OFDM WLAN ABRLŞM SİSTMLRİND KOMPAKT MULTİMOD MİKROŞRİT ANTNLRİN KORLASYON ve KAPASİT ANALİZİ Asun Svşçıhbeş Özgü tuğ Teekoüniksyon ve Siny İşee Lbotuı (TSLAB) ektik ektonik Mühendisiği Böüü -post: Özet MIMO hbeeşede I 80.11n stnddın uyuu MIMO-OFDM WLAN sisteeinde yüksek tnsisyon peonsı ve ieti hızın uşk için kunın nten tüü ve ieti knın bğı ok ouşn tnsisyon potı sı koesyon d büyük öne tşıktdı. Bu çışd MIMO WLAN sistede hbeeşe için öneien kopkt utiod diese bindiiiş y ikoşeit ntenein inee dizin ok kunıdığı duud (SCP-ULA) eiştiği uzys/od koesyon ve spekt veiiik itetüde ye n ekez-beseei dipo nten (DP- ULA) ve diese ikoşeit ntenein dizinei (CP- ULA) ie kşıştııış ve SCP-ULA nten dizineinin koesyon, dt hızı ve kopktık çısındn kznçı oty konuştu. Anht Keiee: 80.11n MIMO-OFDM WLAN, koesyon, spekt veiiik, utiod nten. 1. GİRİŞ Yeni nesi ietişi sisteeinde eişiek istenen spekt veiiik ve ietişi kitesine çoku-giiş çoku-çıkış (MIMO) ietişi teknikei ie uşıbiektedi. MIMO-OFDM WLAN sisteeinde uygu için boyutu utık peonsı geiştiieye çışın MIMO hbeeşe sisteei tee ok göndeii ve ııd çoku-nten dizineinin kunısın dynı. MIMO sistee hbeeşe inkinin ek göndei güüne vey ek göndei bndgenişiğine ihtiyç duydn kpsite ve eişi kitesini ttıyı çyn sisteedi. MIMO sisteee eişiebieek yüksek kpsite ve kite kznçı üzeinde ik çış Wintes [1], Foshini [], Gns [3] ve Tet ın [4] çışıdı. Bu kznç MIMO sisteeinde geneike kn bigisinin çt ve beii duud d göndeiide biinesini geektii. MIMO sistee ie ede edien bu kznçın kşıığınd ise ekst nten kunnın getidiği uzys n tışı ve çok-boyutu siny işee geekiiğinden doyı ouşn ekst syıs kşıkığın kşınsı geekidi. M göndeii nten ve N ıı ntenden ouşn bi MIMO sisteinde ede ediebieek uzys çoğu kznı, MIMO knın kn nkı on R=in(M,N) det pe kn böünesi özeiğinden doyı ede ediebiektedi [5]. Yüksek hızı bi dtyı M ktı düşük hızd M bğısız dt dizinine yııp ntenee çoğusk ııd teki nten bi sistee göe ynı bndgenişiği içinde R ktı dh z spekt veiiiğe (y d dt hızın) uşısı ükündü. Düzgün dğııı inee nten eenının kunıdığı MIMO sisteede, uzy çeşitiiğinde ntene sındki koesyon ve bun bğı ok kn kpsitesi ve ieti kitesi nten diziei sindki eseye, bi dizindeki nten syısın, ve dizin geoetisine doğudn bğıdı. Ank izikse kısıt ve estetik/ekonoik koşu nedeniye ptikte ntene sındki ese beii bi iitin üzeinde ınz. MIMO sisteedeki bu kısıt tenti bi çözü ok uzy, utiod ve poizsyon çeşitiiği teknikei itetüde buunn tee çeşitee yönteei sınd ye ktdı [3]. Mutiod çeşiteede çeşitiik knı ok yüksek-deeei od kunıktdı ve utiod çeşitee için ikoşeit, bikonik, spi ntene tee ok kunın ntene sınd ye ktdı. Bu çışd MIMO-OFDM WLAN sisteede veii düşük, büyük boyutu ve kunı zouğu getien ntenei kunk yeine, yüksek veii, kopkt ypıd ve tsıd uzy-utiod çeşitiiği sğyn ikoşeit bindiiiş ntenein kunıı öneiişti. I80.11n stnddın uyn MIMO- OFDM WLAN sisteeinde, ksiu syıd düşük koesyonu od ship kopkt ntenein ve nten dizineinin tsıı bekenen dt hızı ve peons uşısı çısındn öne zetektedi.

2 . MIMO ABRLŞM SİSTMLRİ Dbnt bi noktdn-nokty MIMO hbeeşe inkinin siste ypısı Şeki 1 de gösteiişti. Bu siste kesiki ti-vektö notsyonund: y n (1) şekinde beitiebii. Bud M-boyutu göndeien seboe vektöü, NM boyutu kn n tisi, N-boyutu ınn siny nn vektöü I ve N-boyutu kovyns tisi n N on bğısız sııot siküe-sietik kopeks-gussin güütü vektöüdü. y Peons nizi için tee ok MIMO-OFDM sistein genişbnt çok-you sönüee knı üzeinde ttşıyıı bşın bi dbnt düz-sönüee MIMO kn dönüşesi ve bunun kesiki-zn tis-vektö notsyonu üzeinedi ve bu notsyon [6] d tüetidiği gibi: y( i, ( i) ( i, n( i, (3) şekinde veii ve bud i ttşıyıı indisi, k sebo indisi, (i) i. ttşyıı için ntene sı kn ktsyıını içeen NM kn tisi, ( i, i.ttşıyıı nve k. sebo indisi için odüe seboe vektöü, ( i, i. ttşıyıı ve k. sebo indisi için yn ( i, vynsı i.i.d. güütü eenı vektöü, ve i. tşıyııd k. sebo indisi için ınn siny vektöüdü. 3. KANAL/SİSTM MODLİ V SCP ANTNLR Şeki 1: Dbnt MIMO hbeeşe inki ypısı MIMO siste ypısı dhiinde hbeeşede spekt veiiik kznçı (bps/z) uzys-çoğu (spti-utipeing) ie ede ediektedi ve özeike zengin-dqğıtı çok-you sönüeei knd spekt veiiik MIMO uzys-çoğu ie büyük ond ttııktdı. MIMO uzys-çoğu için tee ok kunın iniu-br optiu ıı ypısı ML detektö ok biikte bu ypının yüksek eksponnsiye syıs kşıkığı nedeniye toptiu inee (ZF, MMS) ve inee-oyn (ZF- SIC, MMS-SIC) detektöei de kunıktdı. Bu çışd en tee optiu detektö ypısı on Miu-Likeihood (ML) MIMO kunııştı. ML MIMO detektö ie iniu BR çısındn dbnt MIMO odei tınd beiee şu şekide ypıı: est g { 1,..., } i in I y Bu optiizsyon ph onksiyonu için tü osı göndeien sebo vektö kobinsyonı üzeinden ypıı. Tü osı göndeien sebo vektö kobinsyonının syısı ise odusyon seboei syısı on bi siny uzyı için eksponnsiye ok M s M M s ie veiektedi. i () Bu çışd, uzy-utiod diese ikoşeit ntenein MIMO-OFDM WLAN sisteeinde kunıı ve geeki ıı ypıının uygunk peons nizinin ypısı için en uygun kn odei on I nin MIMO-OFDM WLAN 80.11n sisteei için stnddize ettiği kn odei on küeene tbnı Koneke odei (KTKM) kunııştı n stndt kn odeeesine uyuu KTKM odeinde iintii Rien kn ypısı: 1 1 K NLOS K 1 K LOS ie ide edii. Bud K Rien K-ktö ve os (4) nos ise sısıy (LOS, Line-o-sight) ve (NLOS, nonine-o-sight) koponentedi [4]. NLOS kn tisi Koneke odeine uygun biçide: NLOS R 11 w N1 1/ RX w R 1/ TX 1M şekinde tnını. Bud w kopeks Gussin kn ktsyıındn ouşn i.i.d. (uzys ok beyz) kn tisidi ve w tisinin he bi eenı (=n+j) 0 otı, 1 vyns ship kopeks syıdı. NM ie (5) (6)

3 Geneike küeene tbnı popgsyon ypısınd çoku-göndei you üzeinden içot hbeeşesinde yüksei (eevtion) yyııı ih ediekte ve sdee yn (ziuth) çıı dikkte ınktdı. Aınn güün yn çısındki değişieine bğı ok ynsıtıı tındn ouştun tyo üzeinde dğııını veen kesiiş-lpe dğııı PAS ( ;, ) PAS (Powe Aziuth Spetu) ie odeeniş idesi ise: PAS ( ;, ) ( ) e 1 e (7) şekinde veii. Bu duud nten dizinindeki ntenee it od ve uzys noize kopeks koesyon ktsyıı: 1 1 * ( ) ( ) PAS( ;, )ep jk d( n ( ) PAS( ;, ) d. n )sin() d ( ) PAS( ;, ) d 1 (8) ie hespnktdı. Bud nten noine göe ot geiş yn çısı oup (ngu sped) sigeeektedi. çıs yyıı Bu kn ypısı tınd MIMO-OFDM sistei için ML detektö ie ede edien bps/z insinden spekt veiiik: N 1 I SNR og det N N i1 M ie hespnıı. (9) Çışızd ee ınn nten ypıı on bindiiiş diese y utiod ikoşeit y ntene (SCP-ULA), n 0. izotopik odd çışn diese y ikoşeit ntene (CP-ULA) ie ekez-beseei dik-oiente dipo nten dizinei (DP- ULA) Şeki. de gösteiişti. SCP-ULA utiod nten dizininde üst nten ve t ntenin t ntendeki ışısı ypıış odun üst ntendeki ntenin odundn dii yüksek tutuuştu. (8) denkei üzeinden bu üç nten tipinin uzys ve od koesyonının hespnsı için / küese koodintınd uzk-n eektik n idesi dipo nten için: k k jk os os( ) os I 0e j sin (10) şekide tnını ve dipo nten uzunuğu oup 10 boş-uzy özepednsıdı. Diese ikoşeit y ntenin od uzk-n ışı öüntüsü ise: j e jk V k,, (11) 0, j V k J ( z) J ( z) os( ( )) (11b) 0, ie ide ediektedi. J ( z) J ( z) os( )sin( ( )) (11) Bud k dg syısı, J () ini deeeden ikini tü Besse onksiyonu, y nten 0 yıçpı, V ini od it giiş pek votjı, 0 diese y besee için ziuth çısı, ve z k sin( ) di. Beitien uzk-n ışı öüntüei ie, indoo popgsyon için eevtion yyııı ih edie ve bkış yönünde bodside d / kbu ediise, (11) de ziuth çısı ( ) n bğı on uzk n ışı öüntüei sdee bieşenine bğı oktdı. / Bindiiiş diese y utiod ntenein yıçpı od syısıy değişi göstei: (1) Bud, od göe değei değişen ini deeeden ikini tü Besse onksiyonunun tüevidi, iiete insinden yıçp değeei ie biikte Tbo 1 de gösteiektedi. Tbo 1: Fkı od it değeei değeei ve yıçp TM 01 TM 11 TM 1 TM 31 TM ()

4 y od syısı TM 11 -TM 41 kobinsyonı ok şekide çıs yyıı kşıık koesyon eğiei hespnk Şeki 3 de sunuuştu. Ayı ntenein bibiine en ykın konundığı duu için ve 44 dizi konigüsyonınd spekt veiiik nizi ML detektö ypısı kunık ede edieek sunuuş ve bu konigusyon için kşıştıı boyut nizi ypııştı. TM1 TM11 z TM1 TM11 d () y z Şeki 3: Mutiod SCP için TM11-TM41 odınd tek stk ntene it koesyon eğiei T d (b) d () R Şeki : Anten dizi geoetisi () Uzy-utiode 44 SCP-ULA (b) CP-ULA ()44 DP-ULA 4. PRFORMANS ANALİZİ MIMO-OFDM WLAN sisteeinde kunık üzee kopkt boyutd peonsı tııı sğsı için öneien utiod bindiiiş diese ikoşeit y nten dizineinin uzys ve od koesyon ktsyıı hespnış ve bindiiiş nten Şeki 3 de göüdüğü gibi çıs yyııın düşük değe ığınd ( ) bindiiiş ypıdki nteneden ttki ntenin od syısı sbit oduğu duu için üstteki ntenin odu ttıkç koesyon değei tkt bun kşın çıs yyııın yüksek deeeei için üst nten od deeesinin sbit tutuduğu bindiiiş konigüsyon kşıştııdığınd, bu duud ttki ntene it od syısının tışı nten koesyonund zy neden oktdı. Doyısıy kı odın ye dığı bindiiiş nten tsıınd TM 11, TM 1, TM 31 ve TM 41 odının od deeesindeki tış kşıık koesyon değeeinin ve güç koesyonunun değişiini çıkç oty koyktdı. TM 11, TM 1, TM 31 ve TM 41 odınd ışı ypn nteneden ouşn SCP-ULA dikkte ındığınd, ve 44 dizi geoetisinde MIMO hbeeşede kunın kn odei dikkte ınk ntenein peonsı çıs yyıı kşın ML detektö ie ede edien spekt veiiik ok ineeniş ve siusyon sonuund ede edien spekt veiiik eğiei Şeki 4 te sunuuştu. Şeki 4.() d göüebieeği gibi SCP-ULA ve CP- ULA tü konigüsyon için DP-ULA dn çok dh yüksek spekt veiikee uşktdı. Koesyonu en yüksek değeede on DP-ULA en düşük spekt veiiiğe shipti. Bunun biikte çıs yyıı ekseninin düşük değeei için ineendiğinde SCP-ULA bindiiiş ypıd ikini ntenin od syısı ttııdıkç spekt veiiik tkt, yüksek çı değeeinde ise bindiiiş ypıd he iki y için od deeeei ttııdığınd veiiik tktdı.

5 44 konigüsyonu için Şeki 4(b) de göüdüğü gibi DP-ULA tek en düşük spekt veiiiğe shipti. Bun kşın TM 11 -TM 41 bindiiiş ypıy it veiiik değei TM 11 -TM 31 den dh yüksek oup od syısı ttıkç spekt veiiik tktdı. Yüksek çıs veiiik değeei için ise koesyon eğisindeki değişie ie iişkii ok en yüksek spekt veiiik 180 o çıs yyıı için TM 11 -TM 41 bindiiiş ypıd göüektedi. Şeki 4. teki yüksek çıs yyıı için spekt veiike değeei I 80.11n stnddınd beienen 40 Mz bndgenişiği için düşünüdüğünde SCP-ULA ie eişiebieek çok düşük sebo ht onınd dt hızı dizi konigüsyonu için 160 Mbits/s ve 44 için 34 Mbits/s oktdı ki bu dt hızı I /b/g SISO-OFDM WLAN ğınd eişiebien 15 Mbits/s hızın göe çok dh yüksekti. de edien düşük koesyon ve yüksek spekt veiiik onın iveten SCP-ULA utiod nten dizinei kı dizi geoetiei için DP-ULA ve CP- ULA ie doğus bi düzede kpdığı n çısındn kşıştıdığınd Tbo de beitidiği gibi ynı znd yüksek kopktık kznın shipti. Bu bkıdn SCP-ULA özeike sınıı n ship eişi noktınd, PDA ede, dizüstü bigisyd ve odeede kunıı çısındn he peons he de boyut kznı ok öne tşıktdı. () 5. SONUÇ Bu çışd, utiod bindiiiş diese ikoşeit y nteneden ouşn bindiiiş ntenin I 80.11n stnddın uyuu MIMO-OFDM WLAN sisteeinde kunın odee, ptop PDA e ve eişi noktınd kunıı için öneiiş, eişii dt hızı ve izike boyutı ksik DP-ULA ve CP-ULA nten dizinei ie siusyon sunuçı üzeinden kşıştııı ok sunuuştu. Diese ikoşeit ve dipo ntenein dizineine göe dh düşük koesyon ve dh yüksek spekt veiiik sğsı ie kopkt bi tsı ship osı SCP-ULA nın geeek nesi yüksek-hızı MIMO-OFDM WLAN hbeeşe sisteeinde kunıı çısındn odukç kznıı ve uygun oduğunu oty koyktdı. Teşekkü Bu çış Tükiye Biise ve Teknoojik Aştı Kuuu (TÜBİTAK) AG Pojesi ie destekenişti. 6. KAYNAKÇA (b) Şeki 4: MIMO hbeeşe için indoo ot it () (b) 44 dizi konigüsyonı için çıs yyıı kşın spekt veiiik değişii Tbo : DP-ULA ve CP-ULA üzeinden SCP-ULA Kopktık Kznı Dizi/Anten DP-ULA CP-ULA (%) (%) [1] Wintes, J., On the pity o dio ounition systes with divesity in yeigh ding envionent, I J. Se. Aes Coun., vo. 5, pp , June [] Foshini, G. J., Lyeed spe-tie hitetue o wieess ounition in ding envionents when using uti-eeent ntenns, Be Lbs Tehn. J., pp , Autun [3] Foshini, G. J., ve Gns, M., On iits o wieess ounitions in ding envionent when using utipe ntenns. Wieess Peson Counitions, vo. 6, pp , Mh 1998.

6 [4] Tet,., Cpity o uti-ntenn Gussin hnnes. uopen Tns. on Teeo. TT, vo. 10, pp , Nov [5] Geshn, A., ve Sidiopouos, N., Spe-Tie Poessing o MIMO Counitions, Wiey, 005. [6] Zest, A. Vn, Nee, R. Vn., ve Awte, G. A., Spe-division utipeing o OFDM systes, Poeedings o 51st I Vehiu Tehnoogy Sping, vo., pp , My 000.