Frekans Seçici Kanallarda Çalışan Yukarı Link MC-CDMA Sistemleri için EM Tabanlı Birleşik Bilgi Sezim ve Kanal Kestirim Yöntemi

Transkript

1 IEEE 15. Sinyal İşleme ve İletişim Uygulamaları Kurultayı Frekans Seçici Kanallarda Çalışan Yukarı Link MC-CDMA Sistemleri için EM Tabanlı Birleşik Bilgi Sezim ve Kanal Kestirim Yöntemi Erdal Panayırcı 1, Hakan Doğan 2, Hakan Ali Çırpan 2, Bernard H. Fleury 3 1 İstanbul Üniversitesi Elektrik&Elektronik Mühendisliği 2 Kadir Has Üniversitesi Elektronik Mühendisliği 3 Aalborg Üniversitesi Elektronik Sistemler Bölümü epanayirci@kadirhas.edu.tr hdogan@istanbul.edu.tr hcirpan@istanbul.edu.tr bfl@kom.auc.dk

2 Sunu Başlıkları Giriş Yukarı Link MC-CDMA sistemleri Sinyal Modeli EM algoritması Bilgisayar Benzetimleri Sonuçlar

3 Giriş OFDM ve CDMA sistemlerinin kombinasyonunu öngören MC-CDMA sistemleri her iki sistemin avatajlarını kullanabilmek için 1993 yılında önerilmiştir.? Yukarı Link H 1 H 2 H3 H 4 Her bir kullanıcıya ait kanal bilgisi ve diğer kullanıcılara ait bilgi sezimi

4 Çalışmanın Amacı MC-CDMA sistemlerinin Frekans seçici kanallar üzerinden yapılan iletişiminde SNR düşüşüne ve çoklu erişim karışımına (MAI) sebeb olmaktadır. Yukarı Link? 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.

5 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 MC- CDMA 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 , Oct

6 Yukarı Link MC-CDMA sistemleri K adet aktif kullanıcı k. kullanıcı göndereceği sembolü frekans izgesinde boyutlu özel yayıcı koduyla modüle eder. P noktalı ters FFT si alınan işaret paralelden seriye çevrilerek uzunluğu enaz L olan önek eklenir ve kanaldan iletilir. P alt taşıyıcı Frekans seçici kanalllar 1. kullanıcı K. kullanıcı 2. kullanıcı k. kullanıcı

7 Sinyal Modeli Gönderilen işaret, frekans seçici kanal üzerinden alıcıya geldiğinde, işarete ait önek kaldırılarak ayrık Fourier dönüşümü (DFT) uygulanır. k. kullanıcıya ait m. zamanındaki sembol

8 EM algoritması Karıştırılmış sinyallerin toplamını ifade eden sinyal modelininin çözümlenmesi EM algoritmasıyla mümkündür. Sistemdeki gürültünün k. kullanıcıya ait kısmı olup değişintisi dir Herbir kullanıcıya ait iletilen sembollerin kestirimi? Herbir Problem Gözleme göre kullanıcıya ait karmaşık kanal katsayılarının kestirilmesi

9 EM algoritması Gözlem bilgisi (eksik bilgi) 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

10 EM algoritması Sinyal Modeli Herbir kullanıcıya ait sembol kestirim işlemi Birleşik kanal kestirimi ve parçalı karışım yoketmeli bilgi sezimi olarak düşünülebilir Kanal kestirimi

11 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 MHz (Qual Comm-CDMA).

12 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

13 Bilgisayar Benzetimleri Ayrık sezim ve kestirime dayalı alıcı basarımları incelenmiştir ve kullanılan pilot sayısı 40 olduğunda kanalın tamamen bilindiği duruma yakınsadığı gözlemlenmiştir.

14 Bilgisayar Benzetimleri Kullanılan pilot sayısının 8 olması durumunda EM-JDE nin kanalın tamamen bilindiği durumdaki başarımı sağladığı görülmüştür.

15 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 MMSE- SDE, Tümleşik-MMSE-PIC alıcı yapılarından üstünlüğü gösterilmiştir. Önerilen alıcının kanallara ait bilgilerin alıcıda tamamen bilinmesi durumundaki Tümleşik MMSE-PIC alıcı yapısının başarımına yaklaştığı gözlemlenmiştir.

16 Dinlediğiniz için Teşekkür ederim Hakan Doğan Destekleyen Kuruluşlar