Enerji Verimli İletişim Sistemlerinin Tasarımı için Sıkıştırılmış Algılama Tabanlı Yaklaşımlar

Abstract

Sıkıstırılmıs Algılama (Compressed Sensing, CS) teorisi, isaretin seyrek bölgede tanımlanabildigi durumlarda Nyquist hızından çok daha düsük hızlarda örneklenen isaretin basarılı bir sekilde geri kazanılabilecegi gerçegine dayanır. Bu dogrultuda gelisen genis bandlı spektrum algılama ve kanal kestirimi arastırma alanları, CS teorisinin iletisim arastırmalarında iki önemli uygulama alanı olmustur. Literatürde önerilmis CS tabanlı spektrum algılama çalısmalarının birçogu, enerji sezimini gerçeklestirebilmek için genis bandlı birincil kullanıcının isaretini, alt-örneklenmis örneklerinden yararlanarak yeniden elde etmek üzerine yogunlasır. Isaretin yeniden elde edilmesi, alıcı karmasıklıgını ve hesaplama süresini arttırabilir ki bu da enerji verimliliginin düsmesine neden olur. Diger taraftan literatürde önerilmis çesitli CS tabanlı kanal kestirim yaklasımları bulunmasına ragmen, yapılan çalısmaların birçogu kanal seyrekliginin ve kanal ortamı yapısının etkileriyle ilgilenmemistir. Gerçekten de seyreklik ve kanal parametrelerinin dagılımı, kanal kestirim performansını etkileyen en önemli faktörlerdendir. Bu durumları dikkate alarak, bu projede (i) genis bandlı birincil isaretin varlıgını, isaretin sıkıstırılmıs örneklerinden yararlanarak kestirmeye çalısan CS tabanlı spektrum algılamanın gerçeklemesine, ve (ii) kanal seyrekliginin ve kanal parametrelerinin etkilerini dikkate alan CS tabanlı kanal kestirim yöntemlerine odaklanılmıstır. CS tabanlı algılamada dogru sezme ve yanlıs alarm analizi gerçeklestirmek ve seyreklik ön bilgisi kullanarak kanal kestirimi gerçeklestirmek mevcut durumu iyilestiren özgün yaklasımlardır. Spektrum algılamada Bayesian sıkıstırılmıs algılama (Bayesian compressed sensing, BCS) teknigi genis band spektrum algılama için uygulanmıstır. Birincil kullanıcının sezim performansı isaret kestirim hatası ile sezim olasılıgı terimleriyle degerlendirilmistir. Geleneksel taban arayısı (basis pursuit, BP) teknigine ek olarak teorik alt sınırlar BCRB ve DL-MSE ile karsılastırılmıs ve üstünlügü ortaya konulmustur. Kanal kestiriminde seyrek ve sembolden sembole degisen kanallarda zamanda eszamanlanmıs OFDM (time domain synchronous OFDM, TDS-OFDM) sistemlerinin semboller arası girisim (inter-block-interference, IBI) içermeyen bölgeleri incelenerek kanal kestirim performansları iyilestirilmistir. Seyrek ve anlık degisen kanallarda ise Uzay Degisimli Genellestirilmis Beklenti-En Büyük Sonsal Olasılık (Space Alternating Generalized Expectation Maximization-Maximum a Posteriori, SAGEMAP) tabanlı algoritma gelistirilmis ve kanal katsayılarının ve çoklu yolların anlık degisimlerinin basarıyla takip edildigi ortaya konulmustur. Ayrıca, enerji verimliligi açısından, CS tabanlı algoritmalar (BP ve açgözlü algoritmalar) teorik alt sınırlarla ve birbirleriyle karsılastırılarak performans ve hesaplama süresi ödünlesimleri sunulmustur.