Beşinci nesil dalga formu adaylarında zeki optimizasyon teknikleriyle tepe gücü/ortalama güç oranının düşürülmesi
Tezin Türü: Doktora
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Erciyes Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Elektrik- Elektronik Mühendisliği, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2021
Tezin Dili: Türkçe
Öğrenci: ŞAKİR ŞİMŞİR
Danışman: Necmi Taşpınar
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Çok taşıyıcılı iletişim teknikleri, kablosuz haberleşmede karşılaşılan en temel problem olarak bilinen çok yollu sönümlemenin ortadan kaldırılmasına imkân tanımaları nedeniyle haberleşme sistemlerinde sıklıkla tercih edilmektedir. Halen dördüncü nesil (4G) haberleşme teknolojisinde etkin bir şekilde kullanılan dikgen frekans bölmeli çoğullama (OFDM), zaman ve frekans kaymalarına karşı olan hassasiyeti, bant dışı emisyon fazlalığı ve döngüsel önek uygulaması sonucu artan spektrum kullanımı gibi çeşitli zayıf yönlere sahiptir. OFDM dalga formunun sahip olduğu zayıflıklar dikkate alınarak, filtre bankası çoklu taşıyıcı (FBMC), evrensel filtreli çoklu taşıyıcı (UFMC), ağırlıklı örtüştürme ve ekleme – OFDM (WOLA-OFDM), genelleştirilmiş frekans bölmeli çoğullama (GFDM) ve filtrelenmiş – OFDM (f-OFDM) gibi beşinci nesil (5G) ve ötesi haberleşme teknolojilerinde kullanılmaya aday çok taşıyıcılı yeni dalga formları geliştirilmiştir. OFDM dalga formuna göre daha gelişmiş özelliklere sahip olan 5G dalga formu adaylarında, diğer çok taşıyıcılı sistemlerde olduğu gibi, taşıyıcıların üst üste binmeleri sonucu anlık güç yükselmeleri meydana gelmektedir. Bu da iletilen sinyallerin yüksek tepe gücü/ortalama güç oranına (PAPR) sahip olmasına sebep olmaktadır. Yüksek PAPR değerine sahip işaretlerin, vericide kullanılan kuvvetlendiricileri doğrusal çalışma aralığı dışına çıkmaya zorlaması sebebiyle, iletilen sinyalde bozulma meydana gelmekte ve bunun sonucunda da sistem performansı düşmektedir. Bu sebeple, 5G dalga formu adaylarının yeni nesil haberleşme sistemlerinde etkin bir şekilde kullanılabilmesi için PAPR değerlerinin düşürülmesi gerekmektedir. Çok taşıyıcılı sistemler için literatürde çeşitli klasik PAPR düşürme yöntemleri önerilmiştir. Bu yöntemler arasında en çok tercih edilenleri, bozunumsuz PAPR düşürme yetenekleri ve modifikasyona oldukça müsait yapıları sebebiyle kısmi iletim dizisi (PTS) ve seçici eşleme (SLM) yöntemleridir. Bu tez çalışmasında, mevcut 5G dalga formu adaylarından WOLA-OFDM, UFMC ve GFDM dalga formundan kısa bir süre sonra önerilmiş olan düşük karmaşıklı – GFDM (LC-GFDM) için, PTS ve SLM teknikleri modifiye edilerek daha yüksek performansa sahip çeşitli yeni PAPR düşürme stratejileri geliştirilmiştir: WOLA-OFDM için çift sembol optimizasyon (DSO) tabanlı PTS (DSO-PTS) ve DSO-SLM isimli iki yeni klasik PAPR düşürme yöntemi geliştirilmiştir. Aynı şekilde bu kez LC-GFDM dalga formuna özgü birikimli sembol optimizasyon (CSO) tabanlı PTS (CSO-PTS) ve CSO-SLM olarak adlandırılan iki klasik yöntem daha geliştirilmiştir. UFMC dalga formu için ise, çeşitli zeki optimizasyon tekniklerinin PTS ve SLM metotlarına entegrasyonu sonucu toplam altı farklı zeki optimizasyon tabanlı PAPR düşürme stratejisi geliştirilmiştir. Bunlar sırasıyla ayrık fil sürüsü optimizasyonu tabanlı PTS (DEHO-PTS), ayrık karga arama algoritması tabanlı PTS (DCSA-PTS), ayrık istilacı ot optimizasyonu tabanlı PTS (DIWO-PTS), göçmen kuş optimizasyonu tabanlı SLM (MBO-SLM), ayrık guguk kuşu arama tabanlı SLM (DCS-SLM) ve ayrık orman optimizasyon algoritması tabanlı SLM (DFOA-SLM) stratejileridir. Söz konusu PAPR düşürme stratejilerinde faz optimizatörü olarak kullanılan zeki optimizasyon tekniklerinden DEHO, DCSA, DIWO ve DCS algoritmaları, orijinal EHO, CSA, IWO ve CS algoritmalarının yeni birer ayrık versiyonlarıdır ve her biri bu tez çalışmasında geliştirilmiştir. Böylelikle başlangıçta sürekli optimizasyon problemleri için önerilmiş olan bu dört farklı algoritmayı, ayrık faz optimizasyonu probleminin çözümünde de kullanmak mümkün hale gelmiştir. Bu tez çalışmasında geliştirilmiş olan hem klasik hem de zeki optimizasyon tabanlı PAPR düşürme teknikleri, PAPR düşürme performansları ve uygulandıkları dalga formunun güç spektral yoğunluğu ile bit hata oranı performansı üzerindeki etkileri bakımından incelenmiştir. Yapılan simülasyon çalışmalarında, önerilen PAPR düşürme yöntemlerinin, geleneksel PTS ve SLM performansında önemli iyileşmeler sağladığı gözlemlenmiştir.