2013 ASELSAN HABERLEŞME TEKNOLOJİLERİ ÇALIŞTAYI BİLDİRİSİ

Transkript

1 2013 ASELSAN HABERLEŞME TEKNOLOJİLERİ ÇALIŞTAYI BİLDİRİSİ SIFIR ALT-TAŞIYICILI ÇOKLU TAŞIYICI FREKANSI ÖTELENMESİ SENKRONİZASYONU KULLANAN SC-FDMA YUKARI-HAT HABERLEŞME SİSTEMLERİNİN PERFORMANS ANALİZİ Özet Mustafa Anıl REŞAT (1), Yrd. Doç. Dr. Özgür ERTUĞ (2) (1) E-posta: (2) Gazi Üniversitesi, Elektrik-Elektronik Müh. Bölümü, Ankara Tel: (312) Faks: (312) E-posta: Üçüncü Nesil Ortaklık Projesi (3GPP), Tek-Taşıyıcılı Frekans-Bölmeli Çoklu-Erişim (SC- FDMA)tekniğini, Uzun Vadeli Evrim (LTE) teknolojisinin yukarı-hat erişim metodu olarak belirlemiştir. Fakat bütün Dikgen Frekans-Bölmeli Çoklama (OFDM) tabanlı yapılar gibi, SC- FDMA da taşıyıcı frekansı ötelenmesinden (CFO) oldukça olumsuz bir şekilde etkilenir ve bu özellikle birden fazla CFO değerinin var olduğu LTE yukarı-hat için temel bir problemdir. İşte bu bildiride açıklanacak olan sıfır alt-taşıyıcıları kullanan senkronizasyon algoritmasının amacı, LTE yukarı-hat iletişimin temel tekniği olan SC-FDMA yı kullanan yukarı-hat bir sistem için bu çoklu CFO ları doğru bir şekilde kestirebilmek ve bastırabilmektir. Bildiride algoritmanın sistem üzerindeki performansı ve bu performansın çeşitli değişkenlere (Hızlı Fourier Dönüşümü (FFT) boyutu, kullanıcı sayısı, alt-taşıyıcı haritalama metodu) bağlı olarak nasıl değiştiği incelenecektir. Giriş Mobil geniş-bant teknolojisi internet kullanıcı sayısının günden güne artmasıyla birlikte gelişmekte ve kullanıcılar nereye giderlerse gitsinler geniş-bant erişimine ulaşabilme şansı elde etmektedir. LTE de, mobil kullanıcılara büyük bant-genişliği harcayan uygulamalar ve hizmetlerin sunulması için geliştirilmiş bir standarttır. 3GPP, LTE aşağı-hat iletim tekniği olarak Dikgen Frekans Bölmeli ÇoklamaErişimi ni (OrthogonalFrequencyDivisionMultiple Access OFDMA) belirlemiştir. OFDMA, iletilen sinyali alt iletim hatlarına bölerek bunları farklı ve paralel alt-kanallar üzerinden gönderir. Yukarı-hat iletim tekniği olarak ise Tek Taşıyıcılı Frekans Bölmeli Çoklama Erişimi (Single Carrier FrequencyDivisionMultiple Access SC-FDMA) seçilmiştir. SC-FDMA, OFDMA nın kısmen değiştirilmiş halidir ve OFDMA ile benzer çıktı performansına ve hemen hemen aynı karmaşıklığa sahiptir. OFDMA gibi, SC-FDMA de alt iletim hatlarına sahiptir fakat altkanallarda iletimi OFDMA deki gibi paralel değil de seri bir şekilde gerçekleştirir, böylece SC- FDMA sinyallerinde güçteki dalgalanmalar önlenmiş olur; yani düşük Tepe-Ortalama Güç Oranı na (PeaktoAveragePowerRatio PAPR) sahip olunur. Öte yandan, diğer OFDM tabanlı sistemler gibi, LTE yukarı-hat iletişiminde kullanılan SC- FDMA tekniğinde de CFO genel sistem performansını oldukça düşüren önemli bir problemdir. Daha önce özellikle OFDM ve OFDMA için bu problemi ortadan kaldırmaya yönelik birçok CFO senkronizasyonu çalışmaları yapıldıysa da SC-FDMA için henüz tam anlamıyla tatmin edici bir çözüm bulunamamıştır. İşte bu bildiride bahsedilecek olan algoritmanın amacı LTE sayesinde oldukça popüler olan ve sıklıkla kullanılmaya başlanan SC-FDMA tekniği için bu sorunun çözülmesine yardımcı olabilecek sıfır alt-taşıyıcılar kullanan verimli bir CFO senkronizasyonu metodu önermektir. Ayrıca bu metodun sistem performansını nasıl etkilediğini ve çeşitli parametrelerde yapılacak değişikliklerin bu performansı nasıl değiştireceğini simülasyonlarla ortaya koymak da bu bildirinin amaçları arasındadır.

2 Single Carrier FDMA Şekil 1 alıcıya bir blok veri gönderen bir SC-FDMA vericisini göstermektedir. Şekil 1: SC-FDMA ve OFDMA sistemlerinin alıcı ve verici yapıları Vericinin girişinde ve alıcının çıkışında karmaşık modülasyon sembolleri bulunur. FFT bloğu, frekans alanı sembollerini üretir.alt-taşıyıcı haritalama bloğu frekans alanındaki modülasyon sembollerini alt-taşıyıcılara atar. Ters Hızlı Fourier Dönüşümü (InverseFastFourierTransform IFFT) blokları frekans alanı sembollerinden tekrar bir zaman alanı gösterimioluşturur. Paralel-seri dönüştürücü, zaman alanı sinyalini bir radyo frekansı taşıyıcısına ve alıcıya gönderime uygun olacak şekilde bir zaman serisine yerleştirir. Bundan sonra ise çok-yollu yayılımdan kaynaklanan semboller ve bloklar-arası girişimi (ISI, IBI) engelleyecek bir koruma süresi sağlamak için döngüsel önek (CyclicPrefix CP) denilen ve gönderilecek bloğun son kısmının bir kopyası olan bir semboller kümesi ekler. Verici bunun yanında darbe şekillendirme denen doğrusal bir filtreleme işlemini de bant-dışı sinyal enerjisini azaltmak için gerçekleştirir. Alıcıdaki FFT bloğu alınan sinyali gelen sinyali frekans alanına çevirir. Alt-taşıyıcılara ayrıştırma (haritalama) işlemi her bir kaynak sinyalinin frekans alanındaki örneğini ayırır. Frekans alanı denkleştiricisi taşıyıcılar arası girişimi (Inter Carrier Interference ICI) gidermek için kullanılır. Alıcıdaki IFFT bloğu denkleştirilmiş sembolleri zaman alanına geri çevirir ve buradan da bir algılayıcı modülasyon sembollerinden oluşan alınan diziyi üretir. Görüldüğü gibi SC-FDMA, OFDMA nın sinyal işleme bloklarını kullanmakta ve vericinin girişine bir FFT bloğu ve buna karşılık olarak alıcının çıkışına bir IFFT bloğu eklemektedir. SC-FDMA vericisi sinyalin bant-genişliğini kanalın bant-genişliğini kapsayacak şekilde genişlettiği için, SC-FDMA bazen FFT-yayılımlı OFDMA olarak da isimlendirilir. Şekil 2, frekans alanı sembollerini alt-taşıyıcılara atamak için iki temel tekniği göstermektedir: dağıtılmış ve lokalize alt-taşıyıcı haritalama.

3 Şekil 2: Alt-taşıyıcı haritalama teknikleri; dağıtılmış ve lokalize Lokalize alt-taşıyıcı haritalama tekniğinde (LFDMA), modülasyon sembolleri ardışık alttaşıyıcılara atanır. LFDMA nın temel avantajı çoklu-kullanıcı çeşitliliği sağlamasıdır. Dağıtılmış haritalama yönteminde (IFDMA) ise, semboller bütün kanal bant-genişliği boyunca eşit aralıklarla yerleştirilirler. IFDMA nın temel avantajı frekans çeşitliliği sağlamasıdır. Her iki teknikte de kullanılmayan alt-taşıyıcılara sıfır genlikli bir sembol atanır. Şekil 3 te ise bir baz istasyonuna, üç farklı cihazdan gönderilen sinyallerin IFDMA ve LFDMA ya göre birbirlerinden farklı alt-taşıyıcı kümelerine atanmaları gösterilmektedir. Şekil 3: Birden çok kullanıcı için alt-taşıyıcı tahsisi teknikleri (3 kullanıcı, 12 alt-taşıyıcı ve kullanıcı başına 4 alt-taşıyıcı tahsisi) Önerilen CFO Senkronizasyonu Yöntemi Yukarı-hat senaryolarında senkronizasyon birden çok CFO bulunması dolayısıyla aşağı-hatta göre daha zordur. Kullanıcıların hareketli olduğu ve Doppler kayması oluşturdukları durumda baz istasyonunda bir senkronizasyon algoritmasına mutlaka ihtiyaç duyulmaktadır. SC-FDMA yukarı-hat iletişiminde, alt-taşıyıcılar birden çok alt-kanallara bölünerek çoklukullanıcı haberleşmesine uygun hale getirilir. Bir kullanıcı bütün alt-taşıyıcılar üzerinden değil fakat bu alt-kanalların birisinin üzerinden göndermektedir. Her bir alt-kanal aktif kullanıcılardan birisine atanır. Şekil 4 te önerilen CFO senkronizasyon metoduyla uyumlu şekilde çalışabilmesi için SC-FDMA yukarı-hat sistem modelinin uyarlanmış hali gösterilmektedir.

4 Şekil 4: SC-FDMA yukarı-hat sisteminin blok diyagramı Sistemde ilk olarak kullanıcıların verileri FFT bloğu tarafından frekans alanı sembollerini elde etmek için işlenir. FFT bloğundan sonra, çıkan sinyal alt-taşıyıcılara atanır (haritalanır). Bu atama sırasındafazlalıkta kalan alt-taşıyıcılar sıfıra eşit bırakılır. Bu bildiride önerilen algoritmanın etkili çalışabilmesi için yapılan değişikliklerden birisi haritalamaların alt-bant yaklaşımıyla gerçekleştirilmesidir. Bu yaklaşımda amaç alt-taşıyıcı kümeleriyle eşit spektrum genişliğine sahip alt-bantları bu kümelerin arasına yerleştirerek, farklı kullanıcılar arasındaki frekans aralığını olabildiğince genişletmek ve böylece çoklu erişim girişiminin (Multi Access Interference - MAI) etkisini büyük ölçüde indirgemektir. Altbant yaklaşımlı LFDMA da alt-taşıyıcılar her bir kullanıcıya bir tane sürekli frekans kümesi düşecek şekilde atanır ve her bir kullanıcının alt-taşıyıcı kümesi arasındaki mesafe maksimize edilir. Böylece bu yöntemin temel avantajı olan farklı kullanıcılar arası girişime yani MAI ya karşı önemli bir direnç elde edilir. Şekil 5 te örnek bir alt-bant yaklaşımlı LFDMA alt-taşıyıcı haritalama, blok başına sembol sayısı 4, aktif kullanıcı sayısı 2 ve alt-taşıyıcı sayısı 16 olmak üzere gösterilmiştir. Şekil 5: Alt-bant yaklaşımlı LFDMA alt-taşıyıcı haritalama IFDMA yı alt-bant yaklaşımına uygun hale getirebilmek için, yani her bir kullanıcının alttaşıyıcı kümeleri arasındaki mesafeyi olabilecek en büyük genişliğe çıkarabilmek için, alt-

5 bant yaklaşımlı IFDMA da her bir kullanıcının frekans kümesi elemanlarının arasına en az bir sıfır alt-taşıyıcı olacak şekilde alt-taşıyıcı bantları yerleştirilir. Bununn yanında alt-bant yaklaşımlı IFDMA da alt-taşıyıcılar, her bir kullanıcı bir eşit aralıklı frekanslar kümesine sahip olacak ve bir kullanıcının alt-taşıyıcıları arasındaki mesafe maksimize edilecek şekilde atanır. Böylecee bu yöntemin temel avantajı olan, bir kullanıcının kendi alt-taşıyıcıları arasındaki girişime yani (Inter Carrier Interference ICI) ya karşı bir direnç elde edilir. Şekil 6 da örnek bir alt-bant yaklaşımlı IFDMA alt-taşıyıcı haritalama, blok başına sembol sayısı 4, aktif kullanıcı sayısı 2 ve alt-taşıyıcı sayısı 16 olmak üzere gösterilmiştir. Şekil 6: Alt-bant yaklaşımlı IFDMA alt-taşıyıcı haritalama Daha sonra sinyaller IFFT bloğundan geçer ve böylece kullanıcıların zaman alanı sinyal ifadeleri elde edilir. Kanala göndermeden önce sinyal üzerinde yapılan son işlem sinyalden önce bir döngüsel önekin eklenmesidir. Kanalın frekans-seçici sönümlemeli bir kanal olduğu ve her bir kullanıcının ayrı bir kanal dürtü cevabıyla karşılaştığı kabul edilmiştir. Farklı kullanıcılardan gelen sinyaller baz istasyonunda birleşirler.baz istasyonunda gelen sinyal ilk olarak bir bant-geçiren filtre öbeğindenn geçer ve böylece her bir kullanıcının sinyalleri ayrıştırılır. Daha sonra, döngüsel önek çıkarılır ve sinyal FFT bloğundan geçirilir. CFO kestirimi ve bastırımından sonra ise alt-taşıyıcılara ayrıştırma ve IFFT blokları gelir ve böylecee kullanıcıların gönderilmiş bilgilerii tekrar eldee edilir. k. kullanıcının CFO kestiriminin ile gösterildiği durumda Şekil 7 CFO kestirim ve bastırım algoritmasının blok diyagramını vermektedir. Şekil 7: SC-FDMA yukarı-hat senkronizasyon algoritması Kullanılan bu sıfır alt-taşıyıcılar tabanlı kestirim ve bastırım algoritması şu çalışmaktadır: şekilde 1) k senkronizasyon bloğu kestirimini bulmak ve bastırmak için kullanılır. CFO nun etkisinin bastırılması için anahtarlanarak gelen her bir y(q;n) bloğu NCO tarafından

6 üretilen ile çarpılır. Burada q blok indisi, L döngüsel önek uzunluğu ve v (z) de k.. kullanıcı için gerçekleştirilen z. aramadaki CFO tahminidir. 2) SC-FDMA tekniğinde sıradaki blok olan FFT bloğu kendine gelen diziyi Y (q;i) frekans alanı sinyaline çevirir. 3) İlk iki adım tane blok için tekrarlandıktann sonra, k. kullanıcının alt-bandındaki sıfır alt-taşıyıcılara düşen ortalama enerji hesaplanır. 4) İlk üç adım, v (z), [-1/2N, 1/2N] aralığını z adımda (genellikle FFT boyutuyla aynı alınır) tararken, minimum tekrarlanır. değerini sağlayan değeri bulunanaa kadar 5) doğru CFO kestirimi olarak kabul edilir ve bloklar alıcıda bu yeni v (z) değerine göre tekrar işlem görür ve alt-taşıyıcılara ayrıştırma bloğuna geçerek kullanıcının gönderilen verisi elde edilmek üzere kalan bloklardaki işlemler tamamlanır. Böylece CFO etkisi bastırıldığı için doğru tespit olasılığı arta ve gönderilen veri yüksek olasılıkla doğru bir şekilde tekrar elde edilmişş olur. Alt-bantt yaklaşımlı LFDMA için, z. aramada elde edilecek ortalama enerji şu şekilde formüle edilebilir: Aynı şekilde alt-bant yaklaşımlı IFDMA şekilde gösterilebilir: için, z. aramada eldee edilecek ortalama enerji şu Bu algoritmada minimum enerji değerini veren kestirimi bulmaktaki amaç eğer sinyali bozucu etkenler olmasaydı, mükemmel senkronizasyon sonucunda sıfır alt-taşıyıcıların sıfır enerjiye sahip olacağı gerçeğidir. Dolayısıyla minimum enerji değerini veren kestirim mükemmel senkronizasyona en yakın değer olacaktır (eğer sıfırı veriyorsa ötelemenin tam değeri bulunmuş demektir). Sonuç olarak, bu sıfır alt-taşıyıcılı stratejisinin temel yapıtaşını bu düşünce oluşturmaktadır. algoritmadaki CFO kestirimi Algoritmanın doğru çalışabilmesi için önemli bir nokta da alıcıda CFO kestirim işlemi başlamadan önce bulunan bant-geçiren filtre öbeğidir. Bu öbek çoklu-kullanıcılı sistemlerdeki MAI etkisini olabildiğince düşürmek için gereklidir. Çünkü her bir kullanıcı farklı bir CFO ya sahip olacağından, filtreleme kullanılmadığı takdirde k kullanıcısınınn CFO su tümüyle bastırılsa bile (y(q;n) yi ile çarparak) ve böylece k kullanıcısının enerjisi komşu alt-taşıyıcılarına düşmese bile, farklı kullanıcılardan bu banda girişim gelmeyee devam edeceğinden, yine sıfır enerji gözlemlenemeyecektir. Dolayısıyla kullanıcıların bant-geçiren filtrelerlee ayrıştırılması ve onlara ayrı ayrı kestirimler uygulanması doğru bir değeri elde edilebilmesi açısından gereklidir. MAI nın etkisini filtre öbeğinde azaltan algoritma böylece ICI nın azaltabilmesi için yukarıda anlatılan işlemleri yapabilecektir. Bütün bunların sonucunda ise toplam CFO etkisi bastırılmış yani senkronizasyon gerçekleştirilmiş olur.

7 Simülasyonlar Senaryo 1:CFO olmayan ve CFO olup senkronizasyon algoritması olan ve olmayan durumların karşılaştırılması Şekil 8: Birinci senaryonun BER analizi Şekil 8 den de görülebileceği gibi bu senaryonun 1. durumunda yani CFO etkisinin bulunmadığı durumda sistem en yüksek performansı göstermiştir. Sistemin bu şartlar altında en iyi performansı vermesinin sebebi, CFO nun her iki kullanıcı için de var olmaması dolayısıyla taşıyıcı frekansları üzerinde diğer durumlardaki gibi bir bozucu etken olmamasından dolayı kullanıcıların birbirleriyle frekans alanında bir girişim yapmamasıdır. Senaryonun 2. durumunda yani CFO etkisinin bulunduğu fakat buna karşı kullanılan bir CFO senkronizasyonu algoritmasının bulunmadığı durumda ise sistem en düşük performansı göstermiştir. Sistemin bu şartlar altında en kötü performansı vermesinin sebebi, CFO nun kullanıcıların taşıyıcı frekansları üzerindeki etkisinin giderilmemesi, dahası iki kullanıcının da farklı CFO değerlere sahip olmasından ötürü kullanıcı sinyallerinin frekans alanında birbirleriyle girişim yapması ve böylece alıcı tarafında doğru veri tespitleri yapılamamasıdır. Senaryonun 3. durumunda yani CFO etkisinin bulunduğu ve buna ilaveten bildiride önerilen CFO senkronizasyonu algoritmasının da bu etkiyi bastırmak için kullanıldığı durumda ise görülebileceği üzere, sistem senkronizasyonun bulunmadığı en kötü durumdan çok uzaklaşmış ve neredeyse CFO etkisinin bulunmadığı durumla eş performans verir hale gelmiştir. Sistemin bu şartlar altında bu iyi performansı gösterebilmesinin sebebi, önerilen algoritmanın öncelikle alıcıda farklı kullanıcıların sinyallerini filtreleme yöntemiyle birbirinden ayırması ve daha sonra iki kullanıcıya da ayrı ayrı sıfır alt-taşıyıcılarındaki enerji değerine göre CFO kestirimi ve bastırımı uygulayarak kullanıcıları CFO etkilerinden kurtarmasıdır. Böylece hem farklı kullanıcılar arasındaki MAI önlenmiş hem de kullanıcıların kendi alttaşıyıcıları arasındaki ICI bastırılmış olduğundan, frekans alanındaki girişimler ortadan kaldırılmış ve böylece alıcıda doğru veri tespitleri yapılabilmiştir. Buradan da görülebileceği üzere algoritma CFO nun etkilerinin ortadan kaldırılmasında ve senkronizasyonda oldukça başarılı olabilmektedir.

8 Senaryo 2: FFT boyutu 512, 1024 ve 2048 olan durumların karşılaştırılması Şekil 9: İkinci senaryonun BER analizi Şekil 9 dan da görülebileceği gibi bu senaryonun 1. durumunda yani FFT boyutunun 512 olduğu durumda sistem en düşük performansı göstermiştir. Sistemin bu şartlar altında en kötü performansı vermesinin sebebi, 512 lik bir FFT boyutunun iki kullanıcılı bir sistem için minimum sıfır alt-taşıyıcı bant genişliğine yol açmasıdır. Bu sonucun iki sebebi vardır. Birincisi bildiride önerilen algoritma sıfır alt-taşıyıcı bandına düşen enerjiyi ölçerek CFO kestirimini gerçekleştirdiği için, daha az sıfır alt-taşıyıcı kullanmak (yani daha dar bir alttaşıyıcı bandı kullanmak) daha az bilgi anlamına geldiğinden, alıcının daha keskin kestirimler yapmasını zorlaştırmaktadır. İkincisi ise sıfır alt-taşıyıcı bantları daraldıkça kullanıcılar arasındaki aralık azalmakta ve bundan dolayı frekans alanı girişimleri artmakta ve MAI nın etkisi büyümektedir. İşte bu iki nedenden ötürü CFO kestirimi zorlaşmakta, farklı kullanıcı sinyallerinin girişimleri artmakta, dolayısıyla da alıcıda doğru veri tespiti gerçekleştirmek zorlaşmaktadır. Senaryonun 2. durumunda yani FFT boyutunun 1024 olduğu durumda sistem birinci duruma göre daha yüksek bir performans göstermiştir. Sistemin bu şartlar altında daha iyi bir performans vermesinin sebebi, 1024 lük bir FFT boyutunun iki kullanıcılı bir sistem için minimumdan daha geniş bir sıfır alt-taşıyıcı bant genişliğine (384 alt-taşıyıcılı) yol açmasıdır. Senaryonun 3. durumunda yani FFT boyutunun 2048 olduğu durumda ise sistem en yüksek performansı göstermiştir. Sistemin bu şartlar altında en iyi performansı vermesinin sebebi, 2048 lik bir FFT boyutunun iki kullanıcılı bir sistem için bütün bu durumlar arasında en geniş sıfır alt-taşıyıcı bant genişliğine (896 alt-taşıyıcılı) yol açmasıdır.

9 Senaryo 3: Kullanıcı sayısı 2, 4 ve 8 olan durumların karşılaştırılması Şekil 10: Üçüncü senaryonun BER analizi Şekil 10 dan da görülebileceği gibi bu senaryonun 1. durumunda yani kullanıcı sayısının 2 olduğu durumda sistem en yüksek performansı göstermiştir. Sistemin bu şartlar altında en iyi performansı vermesinin iki sebebi vardır. Birincisi FFT boyutu bütün durumlar için sabitken iki kullanıcılı bir sistem, çok kullanıcılı sistemler arasında maksimum sıfır alt-taşıyıcı bant genişliğini (128 sıfır alt-taşıyıcı) sağlamaktadır. Bu sayede, bildiride önerilen algoritma sıfır alt-taşıyıcı bandına düşen enerjiyi ölçerek CFO kestirimini gerçekleştirdiği için, daha çok sıfır alt-taşıyıcı kullanmak (yani daha geniş bir alt-taşıyıcı bandı kullanmak) daha çok bilgi anlamına geldiğinden, alıcının daha keskin kestirimler yapmasını kolaylaştırmaktadır. Bunun yanında sıfır alt-taşıyıcı bantları genişledikçe kullanıcılar arasındaki aralık artmakta ve bundan dolayı frekans alanı girişimleri azalmakta ve MAI nın etkisi azalmaktadır. İkinci olarak ise, iki kullanıcılı sistem çok kullanıcılı sistemler için minimum sayıda kullanıcı demek olduğundan, daha az kullanıcı sinyalinin alıcıda var olması filtrelemeyi kolaylaştırmakta ve kestirim algoritması da daha az sayıda CFO değeri olduğundan daha doğru tahminler yapabilmektedir.senaryonun 2. durumunda yani kullanıcı sayısının 4 olduğu durumda sistem ilk duruma göre daha düşük bir performans göstermiştir. Sistemin bu şartlar altında daha kötü bir performans vermesi yine iki sebeple açıklanabilir. FFT boyutu bütün durumlar için sabitken dört kullanıcılı bir sistem, buradaki durumlar arasında ilk duruma oranla daha düşük bir sıfır alt-taşıyıcı bant genişliği (64 sıfır alt-taşıyıcı) sağladığından daha az bilgi alıcının daha keskin kestirimler yapmasını zorlaştırmakta ve MAI nın etkisini artırmaktadır. Bunun yanında, dört kullanıcılı sistem ilk duruma oranla kullanıcı sayısında artış demek olduğundan, daha çok kullanıcı sinyalinin alıcıda var olması filtrelemeyi zorlaştırmakta ve kestirim algoritması da daha çok sayıdaki CFO değerinden ötürü doğru tahminler yapmakta zorlanmaktadır. Senaryonun 3. durumunda yani kullanıcı sayısının 8 olduğu durumda sistem en düşük performansı göstermiştir. Sistemin bu şartlar altında en kötü performansı vermesinin sebepleri arasında FFT boyutu bütün durumlar için sabitken sekiz kullanıcılı bir sistem, buradaki durumlar arasında en düşük sıfır alt-taşıyıcı bant genişliğini (32 sıfır alttaşıyıcı) sağladığından bütün durumlar arasında en az bilgiyi sağlaması bulunmaktadır. Bunun yanında, sekiz kullanıcılı sistemde buradaki durumlar arasında kullanıcı sayısı maksimum olduğundan, daha çok kullanıcı sinyalinin alıcıda var olması filtrelemeyi oldukça

10 zorlaştırmakta ve kestirim algoritması da çok fazla sayıdaki CFO değerlerinden ötürü doğru tahminler yapmakta belirgin bir şekilde zorlanmaktadır. Senaryo 4: Alt-taşıyıcı haritalama metotları alt-bant yaklaşımlı LFDMA ve IFDMA olan durumların karşılaştırılması Şekil 11: Birinci senaryonun BER analizi Şekil 11 den de görülebileceği gibi bu senaryonun 1. durumunda yani alt-bant yaklaşımlı LFDMA haritalama metodunun kullanıldığı durumda sistem yüksek performans göstermiştir. Senaryonun 2. durumunda yani alt-bant yaklaşımlı IFDMA haritalama metodunun kullanıldığı durumda ise sistem düşük performans göstermiştir. Burada alt-bant yaklaşımlı metotlardan LFDMA nınifdma ya göre daha iyi performans göstermiş olması önemli bir sonuca dikkat çekmektedir: Alt-bant yaklaşımlı haritalamalarla kullanılan, bu bildiride önerilen sıfır alttaşıyıcılı senkronizasyon metodu MAI nın etkisinden, ICI nın etkisine oranla daha olumsuz etkilenmektedir. Bir başka deyişle ICI nın bastırılmasında MAI nın bastırılmasına oranla daha başarılıdır. Bu sonuca da şu açıdan bakarak ulaşmak mümkündür: IFDMA lı sistem, bu metodun temel dezavantajı olan MAI dan oldukça olumsuz etkilendiği ve senkronizasyon metodu da bu konuda çok yeterli olmadığı için, ICI yı çok başarılı bir şekilde bastırabilse de performansı oldukça düşmüştür. Buna karşılık LFDMA lı sistem, bu metodun temel dezavantajı olan ICI nın etkisini senkronizasyon metodu sayesinde oldukça bastırabilmiş ve MAI nın da zaten haritalama metodunun kendi doğasında bulunan özelliği sayesinde başarılı bir şekilde üstesinden gelebildiği için performansı önemli seviyede artış göstermiştir. Dolayısıyla bildiride önerilen algoritmanın alt-bant yaklaşımlı LFDMA ile çalışmaya daha yatkın olduğu söylenebilir. Sonuç ve Değerlendirme Bu çalışmamda LTE yukarı-hat iletişiminde kullanılan temel teknik olan SC-FDMA için en önde gelen problemlerden biri olan çoklu CFO etkisini kestirebilecek ve bastırabilecek ve bunun için de sıfır alt-taşıyıcıları kullanan bir senkronizasyon algoritması önerdim ve performansını çeşitli kriterlere göre detaylı olarak inceledim. Bunun yanında önerilen

11 algoritmanın etkili olarak kullanılabilmesi için gereken sistem modelini de tanıttım. En son olarak ise önerilen algoritmanın sistem performansını önemli ölçüde artırdığını, yine FFT boyutunu artırmanın, kullanıcı sayısını azaltmanın ve alt-taşıyıcı haritalama metodu olarak alt-bant tabanlı LFDMA kullanmanın performansını iyileştirici etkenler olduğunu gösteren simülasyonları sundum. Elde ettiğim bu sonuçlara ve literatürdeki benzer çalışmalara bakarak, burada önerdiğim algoritmanın literatürdeki diğer SC-FDMA CFO senkronizasyonu algoritmalarıyla oldukça yakın bir performans sergilediğini gördüm. Dahası benzer çalışmalardaki bazı varsayımların bu çalışmada yer almadığı (örneğin bütün kullanıcıların farklı anlarda konuşmaya başlıyor olması gibi) düşünülürse, bu algoritmanın belirli noktalarıyla bazı üstünlüklere sahip olduğu söylenebilir. Sonuç olarak, burada önerilen sıfır alt-taşıyıcıları kullanan CFO senkronizasyonu tekniğinin bu alanda kullanılabilecek ve yeni gelişimlere de örnek olabilecek bir çalışma olduğunu düşünüyorum. SC-FDMA tekniği üzerinde yeterli sayıda CFO senkronizasyon algoritması geliştirilmemiş olması beni bu alanda çalışmaya yöneltmişti. Öncelikle, gelecek teknolojisinde önemli bir yer tutacağını düşündüğüm LTE nin yukarı-hat iletişimi için kullanılan bu tekniğin, belki de en temel problemi olan CFO senkronizasyonunun çözümü için daha çok araştırmalar yapılması gerektiğini düşünüyorum. Bunun yanında, önerilen algoritmaların burada olduğu gibi farklı değişkenler altında nasıl performans gösterdiği de incelenebilir. Son olarak, bu alanda çalışma yapacak kişi ve uygulayıcılar, SC-FDMA da zaman ve frekans senkronizasyonunu birlikte halledebilecek, bileşik bir senkronizasyon algoritması ortaya koyarlarsa bunun, söz konusu teknolojinin gelişiminde önemli bir adım olacağı kanaatindeyim. Kaynaklar Reşat, M. A., Sıfır alt-taşıyıcılı çoklu taşıyıcı frekansı ötelenmesi senkronizasyonu kullanan SC-FDMA yukarı-hat haberleşme sistemlerinin performans analizi, Yüksek Lisans Tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara (2013). Mannani, D., Modelingandsimulation of schedulingalgorithms in LTE networks, Bachelor of ScienceThesis, WarsawUniversity Of TechnologyTheInstitute Of Telecommunications, Warsaw, 11-12, (2012). Myung, H. G.,Goodman D. J., Single Carrier FDMA A New AirInterfaceForLongTermEvolution, John Wiley&Sons, West Sussex, 37-44, (2008). Barbarossa, S.,Pompili, M., Giannakis, G. B., Channel independentsynchronization of orthogonalfrequencydivisionmultipleaccesssystems, IEEE Journal on SelectedAreas in Communications, 20 (2): (2002). Sesia, S.,Toufik I., Baker M., LTE The UMTS LongTermEvolutionFromTheoryToPractice 2 nd ed., John Wiley&Sons, West Sussex, , (2011). Niu, D.,Dai, X., Iterative Carrier FrequencyOffsetEstimationfor OFDMA Uplinkbased on NullSubcarriers, 40th Annual Conference on Information SciencesandSystems, Princeton, (2006). 3 rd GenerationPartnership Project, Technical SpecificationGroupRadio Access Network; RequirementsforEvolved UTRA (E-UTRA) andevolved UTRAN (E-UTRAN) (Release 8), 3GPP TR V8.0.0 ( ), 7-12 (2008).