4G (LTE) haberleşme sistemlerinin matematiksel modellenmesinin matlab simülasyonu ve performans analizleri


Tezin Türü: Yüksek Lisans

Tezin Yürütüldüğü Kurum: Gazi Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Türkiye

Tezin Onay Tarihi: 2015

Öğrenci: AHMET ŞAFAK YILDIZ

Danışman: NURSEL AKÇAM

Özet:

Bu tez çalışmasının amacı, Uzun Vadeli Evrim (LTE-Long Term Evolution) radyo erişim teknolojisi ve özellikle onun fiziksel katmanıdır (PHY-Physical Layer). PHY'nin ana bölümlerini meydana getiren Dikey Frekans Bölmeli Çoklu Erişimin (OFDMA-Orthogonal Division Multiple Access), modülasyonun, turbo kodlamanın ve bağlantı adaptasyonunun gözden geçirilmesi, LTE standardına ait PHY modelinin tam olarak kavranmasına yardımcı olur. PHY'na daha yüksek tabakalardan aşağı iletilen veri bitleri üzerinde gerçekleştirilen tüm işlemler fiziksel katman modellemesini en güzel şekilde tanımlar. Çalışmada LTE PHY radyo ara yüzü tasarımlarındaki teknoloji seçeneklerinin anlaşılması ve karar verilmesi tartışılarak, çeşitli taşıma kanallarının fiziksel kanallara eşlenmesi, kanalların her birinin üzerindeki sinyal işleme ve verilerin yayın için antene en yüksek seviyede taşınması incelenmiştir. Ayrıca PHY veri iletişimi ve LTE standartlarının iletim protokolleri ile ilgili ana ayrıntılar açıklanmaktadır. Uplink (mobil cihazdan baz istasyonuna) ve downlink (baz istasyonundan mobile cihaza) için veri iletişim protokolleri LTE standartları tarafından belirlenir. Frekans Bölmeli Çiftleme (FDD-Frequency Division Dubleks), Zaman Bölmeli Çiftleme (TDD-Time Division Dubleks), çiftleme metodolojileri, esnek bant genişliği tahsisi, zaman çerçeveleme ve LTE standardının zaman-frekans kaynak gösterimini içeren frekans bantları gözden geçirilmiş, çoklu taşıyıcı iletim şemalarını, tek anten protokollerini, adaptif modülasyonu, kodlama şemalarını ve kanal bağımlı bağlantı uyarlamalarını içeren downlink ve uplink işleme yığınları detaylı olarak ele alınmıştır. Her bir durum için iletişim yığınlarının farklı katmanlarını birleştiren çeşitli kanallara ve uplink/downlink fiziksel kanallarının her birine uygulanan PHY'da mevcut sinyal işleme faaliyetlerine ilişkin detaylı tanımlar sunulmuştur. Bu detaylı bilgiler downlink PHY işleminin MATLAB programında modellenmesine yardım edip, daha sonra Dikey Frekans Bölmeli Çoklama (OFDM-Orthogonal Frequency Division Multiplexing) teknolojisinin temeli, OFDM çerçeve yapısı ve LTE standardı uygulaması detaylı olarak tartışılmıştır. MATLAB fonksiyonları, çeşitli modülasyon şemalarının etkilerini, Toplanabilir Beyaz Gauss Gürültülü (AWGN-Additive White Gaussian Noise) kanal modeli ile birlikte Bit Hata Oranı (BER-Bit Error Rate) performansındaki farklı kanal kodlama oranlarını simüle etmek için kullanılmıştır. Daha sonra, açıklanan teknoloji esas alınarak tasarımı yapılan LTE PHY bileşenlerini yinelemeli ve aşamalı olarak oluşturan MATLAB modelleri meydana getirilip, BER performans grafiklerinin sonuçları analiz edilmiştir