1. GİRİŞ 2. UYARLANIR DİZİ ALGORİTMALARI



Benzer belgeler
SMI Algoritmasını Kullanan Adaptif Dizi İşaret İşleme Sistemlerinin İncelenmesi

Gömülü Sistemler. (Embedded Systems)

MIMO Radarlarda Hedef Tespiti için Parametrik Olmayan Adaptif Tekniklerin Performans Değerlendirilmesi

Adaptif Antenlerde Işın Demeti Oluşturma Algoritmaları

Aşağı Link MC-CDMA Sistemlerinde Kullanılan PIC Alıcının EM-MAP Tabanlı Olarak İlklendirilmesi

Akademik Bilişim Şubat 2010 Muğla Üniversitesi

Çoktan Seçmeli Değerlendirme Soruları Akış Şemaları İle Algoritma Geliştirme Örnekleri Giriş 39 1.Gündelik Hayattan Algoritma Örnekleri 39 2.Say

Sahada Programlanabilir Kapı Dizileri (FPGA) Sayısal CMOS Tümdevre Tasarımı Y. Fırat Kula

Ayrık Fourier Dönüşümü

EM205 26/9/2014. Programlamaya giriş Algoritmalar. Amaçlar

KABLOSUZ İLETİŞİMDE AKILLI ANTEN SİSTEMLERİ VE IŞIN ŞEKİLLENDİRME TEKNİKLERİ

ADAPTİF FİLTRELERDE GAUSS-SEIDEL ALGORİTMASININ STOKASTİK YAKINSAMA ANALİZİ

DÜZGÜN DOĞRUSAL ANTEN DİZİLERİNDE EN BÜYÜK OLABİLİRLİK YÖNTEMİ KULLANARAK GELİŞ AÇISI BELİRLENMESİ

KABLOSUZ İLETİŞİM

Yrd. Doç. Dr. A. Burak İNNER

KABLOSUZ İLETİŞİM

Lineer Cebir. Doç. Dr. Niyazi ŞAHİN TOBB. İçerik: 1.1. Lineer Denklemlerin Tanımı 1.2. Lineer Denklem Sistemleri 1.3. Matrisler

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

YZM ALGORİTMA ANALİZİ VE TASARIM DERS#3: ALGORİTMA ANALİZİ#2

Hızlı Bozunum Propogasyon Ortamındaki Düzgün Dairesel Dizili Smart Antenlerin Uzay ve Zaman Korrelasyon Karakteristiği

2 ALGORİTMA VE AKIŞ DİYAGRAMLARI

Projenin Adı: Matrisler ile Diskriminant Analizi Yaparak Sayı Tanımlama. Giriş ve Projenin Amacı:

GÖRÜNTÜ İŞLEME - (7.Hafta) KENAR BELİRLEME ALGORİTMALARI

TOPSIS yönteminin adımları 5 Adım 1. Normalize karar matrisinin oluşturulması 6 Karar matrisinin normalizasyonu aşağıdaki formül kullanılarak yapılır:

NESNE TABANLI PROGRAMLAMA Final Sınavı Cevapları

m=n şeklindeki matrislere kare matris adı verilir. şeklindeki matrislere ise sütun matrisi denir. şeklindeki A matrisi bir kare matristir.

ÖZDEĞERLER- ÖZVEKTÖRLER

Görev Unvanı Alan Üniversite Yıl Prof. Dr. Elek.-Eln Müh. Çukurova Üniversitesi Eylül 2014

ALGORİTMA ANALİZİ. Cumhuriyet Üniversitesi Bilgisayar Mühendisliği Bölümü

VIERO ARAÇ SAYIM SİSTEMİ

İLERİ DÜZEY BİLGİSAYAR VE AĞ GÜVENLİĞİ DERSİ. Song Shanshan, Kai Hwang, Runfang Zhou, and Y-K. Kwok. Muhammed Zekai Sevim N

ALGORİTMA ANALİZİ. Cumhuriyet Üniversitesi Bilgisayar Mühendisliği Bölümü

YZM 2105 Nesneye Yönelik Programlama

KİNETİK MODEL PARAMETRELERİNİN BELİRLENMESİNDE KULLANILAN OPTİMİZASYON TEKNİKLERİNİN KIYASLANMASI

HSancak Nesne Tabanlı Programlama I Ders Notları

Dağıtık Ortak Hafızalı Çoklu Mikroişlemcilere Sahip Optik Tabanlı Mimari Üzerinde Dizin Protokollerinin Başarım Çözümlemesi

VHDL Kullanarak FPGA ile Yüksek Kapasiteli Tam Çıkarıcı Devre Tasarımı

GSM VE UMTS ŞEBEKELERİNDEN OLUŞAN, ELEKTROMANYETİK ALANLARA, MOBİL TELEFON VE VERİ TRAFİĞİNİN ETKİSİ

C++ Dersi: Nesne Tabanlı Programlama

BMÜ-101 ALGORİTMA VE PROGRAMLAMAYA GİRİŞ LABORATUARI

AKDENİZ ÜNİVERSİTESİ. Anten Parametrelerinin Temelleri. Samet YALÇIN

Devlet Demiryolları için Maliyet Tabanlı Rekabetçi Fiyatlandırma Sistemi (MATRİS) Selim Çetiner Serhan Turhan - 9 Aralık 2014, Salı

Kamu Güvenliği İçin Acil Çağrı Merkezi Çözümü.

3. BÖLÜM MATRİSLER 1

Yayılı Spektrum Haberleşmesinde Kullanılan Farklı Yayma Dizilerinin Boğucu Sinyallerin Çıkarılması Üzerine Etkilerinin İncelenmesi

C++ Dilinde Bazı Temel Algoritmalar

127 - Twoing Algoritması ile Sınıflandırma Kalp Hastalığı Uygulaması MEHMET AKİF ERSOY ÜNİVERSİTESİ İLHAN UYSAL MEHMET BİLEN SAMİ ULUKUŞ

Daha komplike uygulamalar elektronik ticaret, elektronik kimlik belgeleme, güvenli e-posta,

Prof. Dr. Fuat ANDAY

Bilgi Teknolojisinin Temel Kavramları

Kamu Güvenliği İçin Acil Çağrı Merkezi Çözümü.

1 PROGRAMLAMAYA GİRİŞ

AST409 Astronomide Sayısal Çözümleme. II. Python da Matrisler

FABRİKA ORGANİZASYONU Üretim Planlama ve Yönetimi 2. Uygulama: Sipariş ve Parti Büyüklüğü Hesaplama

Çok İşlemcili Yapılarda Sinyal İşleme Yazılımlarının Geliştirilmesi Uygulaması. Sinan Doğan, Esra Beyoğlu

VEKTÖR UZAYLARI 1.GİRİŞ

İSTATİSTİKİ BİLGİ ALTYAPISINI GELİŞTİRME PROGRAMI EYLEM PLANI

ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ DOKTORA YETERLİK SINAVI YÖNETMELİĞİ

VHDL DONANIM TANIMLAMA DİLİD ve FPGA, CPLD DONANIMLARI. Yard. Doç. Dr. Özdemir ÇETİN

2017 MÜFREDATI MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ / ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ EĞİTİM PLANI

KENDĐ KENDĐNE YOL BULAN ARAÇ

İSTATİSTİKİ BİLGİ ALTYAPISINI GELİŞTİRME PROGRAMI EYLEM PLANI

TEMEL BİLGİSAYAR BİLİMLERİ. Programcılık, problem çözme ve algoritma oluşturma

BLM 111 ALGORİTMA VE PROGRAMLAMA I

Lineer Denklem Sistemleri Kısa Bilgiler ve Alıştırmalar

MİLLİ TREN ve TÜBİTAK. Milli ve Özgün Modern Trenlerin Geliştirilmesi

METASEZGİSEL YÖNTEMLER

BİLGİSAYAR PROGRAMLAMA. Algoritma ve Akış Şemaları

MALİ ANALİZ TEKNİKLERİ. Ankara Üniversitesi Siyasal Bilgiler Fakültesi İşletme Bölümü Muhasebe ve Finansman Anabilim Dalı

Matris Cebiriyle Çoklu Regresyon Modeli

VERİ MADENCİLİĞİ (Kümeleme) Yrd.Doç.Dr. Kadriye ERGÜN

BULUT BİLİŞİM VE BÜYÜK VERİ ARAŞTIRMA LABORATUVARI. Ekim 2017

k ise bir gerçek sayı olsun. Buna göre aşağıdaki işlemler Matlab da yapılabilir.

Atitek Elektronik LTD. UHF Temelli OGS Sistemleri

Geriye Yayılım ve Levenberg Marquardt Algoritmalarının YSA Eğitimlerindeki Başarımlarının Dinamik Sistemler Üzerindeki Başarımı. Mehmet Ali Çavuşlu

DEÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ FEN BİLİMLERİ DERGİSİ Cilt: 12 Sayı: 3 sh Ekim 2010

DÜNYANIN EN GELİŞMİŞ CAM YAZILIMI SOLIDWORKS İLE TAMAMEN ENTEGRE

Algoritma ve Akış Diyagramları

Örnek 4: Örnek Özyinelemeli fonksiyon örneği Bölüm 9. C++ programlama dilinde Nesne ve sınıf

Elena Battini SÖNMEZ Önder ÖZBEK N. Özge ÖZBEK. 2 Şubat 2007

: Gazi Üniversitesi Araş. Gör. 4. Eğitim Derece Alan Üniversite Yıl

VIERO, görüntü tabanlı analiz sayesinde, ortalama araç hızı bilgisi üretmekte ve araç yoğunluğunu da ölçmektedir. VIERO Araç Sayım Sistemi

TELSİZ SİSTEMLER İÇİN AKILLI ANTENLER VE YAYILIM

Uzaktan Algılama Uygulamaları

SİNYAL TEMELLERİ İÇİN BİR YAZILIMSAL EĞİTİM ARACI TASARIMI A SOFTWARE EDUCATIONAL MATERIAL ON SIGNAL FUNDAMENTALS

BİLİŞİM TEKNOLOJİLERİ 6. SINIF DERS NOTLARI 2

BİL-142 Bilgisayar Programlama II

MİLKAR-3A2 V/UHF Karıştırma Sistemi.

Kural Motoru.

SOME-Bus Mimarisi Üzerinde Mesaj Geçişi Protokolünün Başarımını Artırmaya Yönelik Bir Algoritma

FPGA ile Kablosuz Görüntü Aktarımı. Yusuf Onur Koçberber

NovaFortis Yazılım Danışmanlık. E-dönüşüm adaptörü

Bir özvektörün sıfırdan farklı herhangi bri sabitle çarpımı yine bir özvektördür.

Çoklu Kırınım İçeren Senaryolarda Kullanılan Işın İzleme Tekniği Algoritması Geliştirilmesi

DENEY 3: DTMF İŞARETLERİN ÜRETİLMESİ VE ALGILANMASI

ULAŞTIRMA MODELİ VE ÇEŞİTLİ ULAŞTIRMA MODELLERİ

Veri Ağlarında Gecikme Modeli

Bil101 Bilgisayar Yazılımı I. M. Erdem ÇORAPÇIOĞLU Bilgisayar Yüksek Mühendisi

Digital Design HDL. Dr. Cahit Karakuş, February-2018

Transkript:

1. GİRİŞ İletişim teknolojileri, özellikle de son yıllarda oldukça önem kazanan gezgin iletişim teknolojileri, gerçek zamanlı çalışan ve bu nedenle de üzerinde yürüdüğü sistemlerin performansından doğrudan doğruya etkilenen sistemlerdir. Bu nedenle özellikle gezgin iletişimde talep patlamasının yaşandığı günümüzde sistem başarımlarının artırılması önem kazanmaktadır. Başarım artışı için önemli bir aday teknoloji de alan programlanabilir kapı dizileridir (Field Programmable Gate Array - FPGA). FPGA teknolojisi temelde tasarımı yapılan uygulamaya özel entegre devrelerin (Application Spesific Integrated Circuit - ASIC) prototiplerinin kolay üretilmesini sağlamak olsa da özellikle son yıllarda içerdikleri kapı sayısının bir kaç milyon seviyesini aşması ile işaret işleme için uygun hale gelmişlerdir. FPGA'ler sayesinde iletişim altyapısındaki işaret işleme ihtiyaçları dağıtık işlemciler üzerinde paralel olarak yürütülebilmekte ve ciddi başarım artışlarına yol açmaktadır [1]. Çalışmamızda FPGA üzerinde yürütülen paralel algoritmaların gezgin iletişim sistemlerinde kullanılan akıllı anten sistemlerine uygulanmasını ve bu sayede elde edilen başarım artışını incelemekteyiz. Gezgin iletişim teknolojilerine artan talep servis sağlayıcıları kapasite artırımına yönlendirmektedir. Bu amaçla özellikle yoğun talebin bulunduğu bölgelerde bir yandan yeni istasyonlar kurularak kapasite artırılmaya çalışılırken bir yandan da Kod Bölmeli Çoklu Erişim (Code Division Multiple Access -CDMA), Konum Bölmeli Çoklu Erişim (Space Division Multiple Access - SDMA) gibi mevcut fiziksel ortamı zorlamadan kapasiteyi artıracak çoklu erişim yöntemleri üzerinde durulmaktadır. CDMA teknolojisi hem alıcı hem de verici kısmında kapsamlı değişiklikler gerektiren bir teknoloji olması nedeniyle önümüzdeki yıllarda devreye girecek 3. nesil haberleşme sistemlerinde kullanılmaya başlanabilecektir. Bununla birlikte her ne kadar SDMA teknolojisinin de 3. nesil haberleşme sistemleri ile başlayacağı öngörülse de haberleşme altyapısına eklenebilen akıllı anten sistemleri ile halen kullandığımız 2.nesil haberleşme sistemlerine de eklenebileceği ortaya konmuştur [2][3]. Söz konusu akıllı anten sistemleri anten huzmesinin sıfırlarını ve tepe noktalarını kullanıcılara göre ayarlayarak, aynı kanalı farklı konumlardaki kullanıcılara kullandırılması yoluyla kapasite artırımını hedefleyen SDMA teknolojisinin kullanımını sağlamaktadır [2]. Bununla birlikte akıllı anten sistemleri yönlendirilmiş anten huzmeleri sağladığı için kullanıcının doğrultusunda daha yüksek bir anten kazancı sağlamakta böylece işaret/gürültü oranında iyileşme sağlayarak hizmet kalitesinin de artırılmasını sağlayabilmektedir. Projemizde akıllı anten sistemlerinin uyumlanabilen süzgeç algoritmalarının paralel işlemcilerle FPGA üzerine uygulanmasını içermektedir. Böylece anten uyumlanma başarımının iyileştirilmesi amaçlanmaktadır. 2. UYARLANIR DİZİ ALGORİTMALARI Uyumlanabilir diziler huzmelerini en uygun şekle getirerek iletişim başarımını en yüksek seviyede tutmayı amaçlayarak kurulmuş sistemlerdir. Genel bir uyarlanır dizi şeması Şekil 1 de gösterilmiştir. Şema da gösterildiği gibi gelen işaretler algılayıcılar üzerinde x(1), x(2),...x(n) işaretlerini oluştururlar. Oluşan bu işaretler huzme yönlendirici tarafından işlenerek alıcılardan gelen işaretleri en uygun seviyeye getirecek ağırlıklar hesaplanır. Ağırlık uygulanmış alıcı işaretlerinin toplanması ile uyarlanır anten çıkışı elde edilir.

Şekil 1 Genel Uyarlanır Dizi Yapısı Elde edilen dizi çıktısı istenen işaret ile karışan işaretleri biribirinden ayırmayı amaçlamaktadır bu nedenle huzme yönlendirici algoritması, sıfır noktalarını karışan kullanıcılara, yüksek kazanç noktasını ise istenen kullanıcıya yönlendirerek iletişim başarımını artırmayı amaçlamaktadır. Uyarlanır bir dizinin yönlendirilmiş huzmesi Şekil 2 de görülebilmektedir. Burada K karışan işareti İ ise istenen işareti temsil etmektedir. Şekilden de görülebileceği gibi K kullanıcısına huzmenin sıfır noktası denk düşmekte iken İ kullanıcısına en yüksek noktası isabet etmektedir. Böylece karışan işaret istenen işareti etkilememekte iletişim kalitesi artırılmaktadır. Farklı bir uyarlanır anten kullanılması durumunda ise karışan işaret de aynı noktadaki iletişim sistemi tarafından istenen işaret olarka nitelendirilerek algılanabilecek böylece iletişim sisteminin kapasitesi artırılabilecektir. Böyle bir sistemin örneği şekil 3 te görülebilir.[3] Şekil 2 Uyarlanır Anten Yönlendirilmiş Huzmesi [9]

Şekil 3 Uyarlanır Anten Sistemi ile 2 farklı kullanıcnın hizmetten yararlanması [9] 3. PARALEL UYARLANIR DİZİ ALGORİTMALARI Uyumlanabilir dizi algoritmaları, temel olarak uyumlanabilir süzgeç algoritmalarının algılayıcı dizileri için geliştirilmiş olanlarıdır. Çalışmamızda ise özyinelemeli en küçük kareler (Recursive Least Squares - RLS) algoritmasını tercih ettik. RLS algoritmasının paralel yürütülmesi için ise QR ayrıştırması (QR decomposition) tabanlı bir RLS algoritması (QRD-RLS) tanımlanmıştır. RLS algoritmasında t n anındaki ağırlıklar (w(n)) aşağıdaki gibi bulunabilir; Burada R xx (p-1) (p-1) veri değişinti matrisini ise (p-1) elemanlı çapraz ilinti vektörüdür [4]; (1) (2) Matris çözümlerinde kullanılan QR ayrıştırmasını RLS probleminin çözümünde de kullanabil, böylece algoritmayı tek bir sistolik dizi kullanarak uygulayabiliriz. QR ayrıştırmasında ilk olarak X(n) veri matrisini üst üçgen bir matrise çeviririz; (3) burada Q(n) (p-1) (p-1) bir dik bir matrisi R(n) ise (p-1) (p-1) üst üçgen matrisi belirtmektedir. Q(n) dik olduğu için; (4) burada; (5) olarak hesaplanır. En küçük kareler (RLS) ağırlık vektörü ise aşağıdaki gibi bulunabilir; (6) böylece hata vektörü e(n) en aza indirilmiş olur [4]. Gerçek zamanlı işaret işleme gibi özyinelemeli sistemlerde R(n) ve u(n) elde edilen her yeni veri

ile güncelleştirilir. (7) Bu nedenle her yeni veri vektörü için yeni üçgen güncelleştirme ve ters çözümlemeye ihtiyaç duyulur. Dik üçgenleştirme Givens Çevrimleri kullanılarak tüm matris elemanlarına taşınabilir. Givens Çevrimleri aşağıdaki gibi hesaplanabilir [4]. (8) (9) (10) Burada c ve s sınır hücrelerce hesaplanan ve satırdaki diğer hücrelere de üçgenleştirmeyi uygulanmasını sağlayacak olan değişkenlerdir, r i ise yeni gelen verilere göre sınır hücrede yeni c ve s değişkenlerinin tekrar hesaplanmasında kullanılan değişkendir. Yukarıda tarif edilen algoritmanın paralel olarak işleyebilmesi için bir sistolik dizi yapısı kurulmalıdır. Söz konusu sistolik dizi Şekil 4 de görülebilir. Şekil 4 de gösterilen sistolik dizide 3 ayrı tip hücre kullanılmaktadır. Söz konusu hücreler Şekil 5 de ayrıntılı olarak görülmektedir. Şekil 2-A da gösterilen ve Şekil 5 de köşegen üzerine yerleştirilmiş olan hücreler "sınır hücrelerdir". Sınır hücreler Givens çevrimi parametrelerinin hesaplanması ve yan hücrelere iletilerek QR ayrıştırmasının tüm veri matrisine uygulanmasından sorumludur. Söz konusu parametreler (11)-(14) eşitliklerinde belirtildiği gibi hesaplanır. (11) (12) (13) (14)

Şekil 4 Uyumlanabilir QR ayrıştırması tabanlı RLS algoritmasını yürüten sistolik dizi Şekil 5-B de gösterilen hücreler ise "iç hücrelerdir". İç hücrelerde alınan veri matrisi elemanlarına QR ayrıştırması için sınır hücrelerin oluşturduğu parametreler aşağıdaki gibi uygulanır. (15) (16) En son olarak Şekil 5-C de görülen hücre hata hesaplamasının sonucunun hesaplanmasında kullanılır ve sadece çarpım işlemi uygulanır. Şekil 4 de x 1 -x 4 ile alınan gerçek zamanlı veri temsil edilmektedir, y ise yine gerçek zamanlı referans veridir. Söz konusu sistolik dizi sonucu olarak elde edilen değer anlık ağırlık vektörlerine göre gerçek zamanlı hata verisidir. Ağırlık vektörleri tüm sistolik dizinin ağırlık hesaplama modundan çalışmaya başlaması ile u 1 -u 4 hücrelerinin çıkışlarından elde edilir [5][6]. Yukarıda bahsedilen sistolik dizinin FPGA ortamında uygulanması ise her bir hücrenin ayrık birer işlemci olarak tanımlanması ve biribirlerine yine yukarıda bahsedilen verileri aktarmaları ile mümkündür. Böylece matris çarpımı gibi yoğunluğu yüksek işlemlerin kullanıldığı QR tabanlı RLS algoritması paralel yürütülen işlemciler sayesinde çok daha hızlı bir şekilde sonuç verebilir. σ giriş x i x i Sınır Hücre c s c s İç Hücre c s r i σ çıkış x o r (A) (B) σ giriş x i Son Hücre Şekil 5 Uyumlanabilir QR ayrıştırması tabanlı RLS hücreleri (A)Sınır Hücre (B)İç Hücre (C)Son Hücre (C) ρ

REFERANSLAR [1] Walke, R.L.; Smith, R.W.M.; Lightbody, G.; "Architectures for adaptive weight calculation on ASIC and FPGA" Signals, Systems, and Computers, 1999 [2] Lotter, M.P.; Van Rooyen, P.; "An overview of space division multiple access techniques in cellular systems" Communications and Signal Processing, 1998 [3] Baltersee J. Smart Antennas and Space-Time Processing Rapor Aachen University of Technology Mayıs 1998 [4] Mcwhirter J.G., Shepherd T.J. "Systolic Array Processor for MVDR Beamforming" IEE Proceedings on Radar and Signal Processing F, Volume: 136, Issue: 2, April 1989 [5] Mcwhirter J.G. "Adaptive Signal Processing" Digital Signal Processing for Radar and Sonar Applications, Tutorial Meeting on, 11-12 Sep 1990 [6] Moonen M., Vandewalle J. "A systolic array for recursive least squares computations" IEEE Transactions on Signal Processing,Volume: 41, Issue: 2, Feb. 1993