TARIFNAME INDIS MODULASYONUNU KULLANARAK 0FDM TABANLI SISTEMLERDE 'ON KONTROL BILGISINI YUKSEK GUVENILIRLIK iLE ILETMEYE VE FREKANS KAYMASINI KESTIRMEYE Y'ONELIK BIR METOT Teknik Alan Bulus, belirli bir çerçevede iletilen kullanici verilerinin alma islemi için kullanilabilen, indis modülasyonu üzerinden kontrol bilgisi göndermek için örnegin dikgen frekans bölmeli çogullama (OFDM/ orthogonal frequency division multiplexing) gibi çok tasiyicili iletisim sistemlerine yönelik bir metot ile ilgilidir. Teknigin Bilinen Durumu Çogu modern ticari ve askeri iletisim sistemi, vericiler ve alicilar arasinda geri bildirim sinyallerini ve kontrol kararlarini iletmek için büyük ölçüde kontrol bilgilerine dayanmaktadir. Bu bilgilerin bir kismi, gönderme ve alma çerçevelerindeki eylemler ile ilgili olmakla birlikte, mevcut iletim çerçevesini dogru bir sekilde almak ve islemek amaci ile kontrol bilgilerinin bir kismi gerekli olmaktadir. islenmesi kontrol bilgisinin içerigine bagli olan herhangi bir alici blogundan önce, bu kontrol bilgisinin çözülmesi gerekmektedir. Bu problem genel olarak kontrol bilgilerinin, farkli zaman bölgesi senkronizasyon dizileri araciligi ile kodlanmasi ile çözülmektedir. Bu dizilerin uzunlugu, senkronizasyon hatalarinin varliginda ve kanal denklestiricinin yoklugunda bu dizilerin tespit edilebilmeleri için yeterince uzun olmalidir. Bu da, genel kontrol ek yükü arttirir ve özellikle de yüksek frekans seçici kanallar altinda verimliligi azaltir. Frekans kaymasini kestirmek ve düzeltmek, iletisim sistemleri için büyük öneme sahiptir. Dikgen frekans bölmeli çogullama (0FDM) sistemlerinin frekans hatalarina karsi özellikle duyarli oldugu bilinmektedir. Onceki teknikte, çok tasiyicili iletisim sistemleri için frekans kestirim metotlari iki kategoriye ayrilabilir. Birinci kategori, çok tasiyicili sembol parametrelerinin özelliklerine dayali olan kör frekans kestirimi metotlarini ihtiva etmektedir. Bu metotlar genel olarak güvenilir kestirim için çok sayida sembol gerektirmektedir [12-141. Ikinci kategori, frekans kestirimi için bilinen sembolleri kullanan egitim ya da pilot tabanli metotlari ihtiva etmektedir. Pilot tabanli frekans kestirimi tekniklerinde genel olarak, zaman bölgesinde korelasyona dayali olarak bir kaba frekans kestirimi gerçeklestirilmelidir. Zaman bölgesindeki korelasyondan sonra, frekans bölgesinde bir hassas frekans kestirimi gerçeklestirilir. Frekans bölgesi kestirim metotlari tipik olarak, frekans hatasi ile kanal kestirimi arasindaki bagimliligi ortadan kaldirmak amaci ile frekans kestirimine ayrilmis iki ya da daha fazla OFDM sembolüne yayilmis bir dizi alt tasiyiciyi gerektirmektedir. Bu ise, senkronizasyon ek yükünü artirmaktadir ve çerçeve yapisina kisitlama getirmektedir [1- Çerçeve yapisinin sabitlendigi ya da çerçeve parametrelerinin aliciya önceden iletildigi sistemler, kanal ve ag kosullarina sinirli adaptasyon saglarlar. Parametreler en güncel geri bildirim bilgilerine göre seçilemediginden dolayi, ortalama sistem verimi önemli ölçüde azalabilir. Ornek olarak, çerçeveler için sabit bir pilot yapisina sahip olmak, çesitli frekans seçici kanal kosullarini destekleyebilen yüksek yogunluklu bir pilot yapinin kullanilmasini gerektirmektedir. Bununla birlikte, sadece tam yeterli pilot yogunluguna sahip olacak sekilde her bir çerçeve için bir pilot yapisi seçebilen bir sistem, daha düsük ek yük elde edebilir. Alicida çerçeveyi islerken kullanilabilecek olan az bir miktardaki kontrol bilgisini iletmek için bir mekanizmaya sahip olmak, kontrol ek yükünü azaltma ve hizli uyarlamali modülasyon ve kodlamanin (AMC/ adaptive modulation and coding) yani sira hibrit otomatik tekrar isteginin (HARQ/ hybrid automatic repeat request) verimliligi açisindan oldukça degerlidir. Bir zaman bölgesi senkronizasyon dizisi tespit edildigi zaman, bu bilinen dizi bir pilot dizisi olarak kullanilabilir. Bununla birlikte, hassas frekans hatasi kestirimi için olan çogu metot, pilotlarin birden fazla sembolde ayni alt tasiyici Iokasyonlarinda olmasini gerektirir ve bu da çogu senkronizasyon dizisini hassas frekans kestirimi için frekans çesitliligi (frequency diversity) saglanamamasindan dolayi uygunsuz hale getirir. Onceden belirlenmis pilot örüntüsüne göre pilot sembollerin eklenmesi sureti ile frekans bölgesinde frekans kestirimi yaklasimi, tipik olarak hem frekans hem de kanal kestirimi için kullanilir. Çok tasiyicili sistemlerin tasiyicilar arasi girisime (ICI/ inter carrier interference) duyarliligi nedeni ile, frekans hatasi düzeltmesi genel olarak kanal kestirimi ve denklestirmeden önce gerekli olmaktadir. Kanal etkisini ortadan kaldirmak amaci ile, frekans kestirimi için kullanilan pilotlar, genel olarak çoklu çok tasiyicili sembollerin ayni alt tasiyici indisine yerlestirilmektedir. Bu pilot yerlesimi, kanal kestirimi için verimli degildir ve kaynaklarin verimsiz kullanimina neden olur. Ayrica, pilotlarin kümülatif islenmesi gerekliligi çerçeve basina yerlestirilen OFDM sembollerinin sayisi üzerindeki bir kisitlamaya yol açacagi yukarida açiklanmistir. Genel olarak, bos ait tasiyici tabanli frekans hatasi kestirimi metotlari bu sorunun üstesinden gelme potansiyeline sahiptir. [10, 11] 'de kanal ve frekans hatasi kestirim problemini birlikte çözmek için bir metot önerilmektedir. Bununla birlikte bu metot, birden fazla OFDM sembolü gerektirmektedir. Bu tür bir uygulama, yogun bir sekilde gecikme süresine sahip olabileceginden dolayi düsük gecikmeli ve düsük karmasikligi olan sistemler için uygun olmayacaktir. Ayrica, bu tür sistemler indis modülasyonunun avantajini tam olarak kullanmaz ve bu nedenle de daha düsük verimlilik seviyelerinde çalisir. Buna ilave olarak, [10, 11] 'deki sistemler, tüm uygulamalar için uygun olmayabilecek çoklu anten kullanma gerekliligini zorunlu kilmaktadir. Onceden atanmis bos alt tasiyicilar kullanilarak frekans kestirimi etkilidir ve bir OFDM sembolü içinde gerçeklestirilebilir. Bununla birlikte, güvenilir bir kestirim, kayda deger bir sayida bos alt tasiyici gerektirmektedir ve bu da senkronizasyon ek yükünü artirmaktadir. [9] 'da, genellestirilmis indis modülasyonlu OFDM (OFDM-GIM) için bir frekans kestirim metodu analiz edilmekte olup, burada OFDM-GIM sembollerini tasiyan verilerin indisleri enerji esigi belirlenerek kestirilir ve bos olarak belirlenen alt tasiyicilar frekans hatasi kestirimi için kullanilir. Bu metodun ana dezavantaji, enerji tabanli indis demodülasyonunun güvenilirliginin, gelismis kanal kodlama tekniklerinin sistemin yüksek demodülasyon hata oranlarina ragmen düsük kod çözme hatasi oranlarinda çalismasini temin ettigi çogu modern iletisim sistemlerine kiyasla düsük olmasinin beklemesidir. Diger bir deyis ile, indis modülasyonunun kestirimi (kesin karar (hard decoding) yaklasimiyla) çogu ortamda güvenilir degildir. Güvenilirligini artirmak, bu sistem için çok Sinirlidir. Bununla birlikte, bizim bulusumuzda, kontrol bilgisi bitlerinin sayisinin tipik olarak küçük oldugu ve kanal kodlamasinin çok etkili olmadigi durumda kontrol bilgisini iletmek için özel alt bloklar kullanilmaktadir. Bu nedenle de, algilama güvenilirligi zaten yüksektir ve algilanan bos ait tasiyicilar, frekans hatasi kestirimi için etkin bir sekilde kullanilabilir. Bulusun Kisa Açiklamasi Bulus, dalga seklinin belirli bir sayida bos alt tasiyiciya sahip olacak sekilde ve bilgilerin en azindan bir kisminin (örnegin kontrol bitlerinin) indis modülasyonu (IiVi) [5] yaklasimindan faydalanarak bu bos alt tasiyicilarin indislerinin seçilmesi sureti ile iletilebildigi bir OFDM iletisim sistemi ile ilgilidir. Bilgi aktarimi için bos ve aktif alt tasiyici indislerinin seçiminin kullanildigi OFDM sistemleri OFDM-IM sistemleri olarak ifade edilmektedir. Bilinen konumlardaki bos alt tasiyicilarin da ayrica alicida frekans kestirimi için kullanilabilecegi bilinmektedir. Bu bos alt tasiyicilar ya önceden atanmis indislerde olabilir ya da IM demodülasyon yöntemleri araciligiyla alicida algilanabilir. Bununla birlikte, bos alt tasiyicilar vericide önceden atandigi zaman, IM üzerinden bilgi iletmenin bir yolu yoktur. Bos pilot alt tasiyicilarina dayali olan bu frekans kestirim metotlari, ayrica pilot tabanli kestirim metotlari arasinda degerlendirilebilir [6 - 11]. Onerilen metot, düsük karmasiklikli mimarileri kullanarak kolayca ayarlanabilen bir güvenilirlik seviyesi ile esnek bir miktarda kontrol bilgisini IM prensiplerinden faydalanarak göndermeye yönelik bir mekanizma tanimlamaktadir. Onerilen metot, kontrol bitlerinin sayisinin sistem gereksinimlerine bagli olarak arttirilabilmesi ya da azaltilabilmesi anlaminda esnek tasarima izin vermektedir. Frekans hatalarina ve gürültüye karsi oldukça dayaniklidir. Kanalin frekans seçiciligine karsi daha az duyarli olacak bir sekilde tasarlanabilir. Metot düsük karmasiklik gerektirmektedir çünkü alici, hassas frekans kestirimi, kanal denklestirme, demodülasyon ve kod çözmeden önce bos alt tasiyici örüntüsünü tespit edebilir. Olasi alt tasiyici aktivasyon örüntülerinin sayisi tipik olarak çok sinirli olmakta ve bu da genel sistem karmasikligini azaltmaktadir. Bu özellik, bilhassa sinirli güce sahip olan alicilar için önemlidir. Ozel alt blokta algilanan bilgi, çerçevenin hangi aliciya veya alicilara yönlendirildigini gösterebilir ya da çerçevenin geri kalaninda gönderilen mesajin içerigi ile ilgili bilgileri gösterebilir. Alici, daha sonra, hangi girdinin daha detayli islenecegine çerçeve bazinda karar verebilir. Ozel alt bloklarin bos alt tasiyicilari, kanal kestiriminde bagimsiz olarak gerçeklestirilebilen frekans hatasi kestirimi için yeniden kullanilabilir. Bulusun bu yönü, kontrol bilgisini ve frekans kaymasi kestirimlerini tespit etmek için bos alt tasiyici örüntülerinin etkili tasarimi ve islenmesi yolu ile, kontrol ve senkronizasyon bilesenleri dahil olmak üzere genel ek yükü azaltmaktadir. Sekillerin Kisa Açiklamasi Sekil 1, OFDM-IM tabanli çok tasiyicili semboller için esnek bir yapiyi göstermektedir. Sekil 'la, 1b ve 1c, farkli sayida ön kontrol biti (PCB) ve algilama güvenilirligine sahip olan bazi örnek IM alt tasiyici aktivasyon örüntülerini (SAP) göstermektedir. Sekil 2a ve Sekil 2b, sunulan metoda ait akis diyagramini göstermektedir. Parça Referanslari AS. Aktif alt tasiyici OS. Diger alt bloklar SS. Ozel alt bloklar MS. Çok tasiyicili (OFDM tipi) sembol Kanal kodlayici Bit serpistirici OFDM modülatör'u Seriden paralele cevirme blogu-1 Alt tasiyici serpistirici Ters FFT blogu Paralelden seriye çevirme blogu Döngüsel önek ekleyici . On kontrol bitleri . Ozel alt blok indis modülat'or'ü . Döngüsel önek çikarici . Seriden paralele çevirme blogu-2 . Kaba tasiyici frekans kaymasi kestirici ve kompansatör . Indeks pozisyon hesaplayici . Ince tasiyici frekans kaymasi kestirici ve kompansatör . FFT blok-1 . Alt tasiyici ayristirici . OFDM demodülatör'u . Bit ayristirici . Kanal kod çözücü 22. FFT blok-2 23. Alt tasiyici ayristirici 24. Ozel alt blok detektbrü . Algilanan 'ön kontrol bitleri 26. Kodu çözülmüs veriler Detayli Açiklama Bulus konusuna ait metot, çerçevenin geri kalan kisminin yeterince düsük tasiyici frekans kaymasi (CFO/carrier frequency offset) hatasi ile alinabilecegi bir sekilde bn kontrol bilgisini iletmek ve alicidaki frekans kaymasini kestirmek için bir yapi saglamaktadir. Bu ikili amaca, sistem performansini artirmak için bir dikgen frekans bölmeli çogullama (OFDM) sembolü arasinda dagitilabilen "özel" olarak adlandirilan alt bloklarin kullanilmasi yolu ile ulasilmaktadir. Bahsedilen özel alt bloklar (SS), düsük sinyal - gürültü orani (SNR) kosullarinda bile tespit edilebilen, iyi tasarlanmis ayrik alt tasiyici aktivasyon örüntüleri (SAP) kullanilmak sureti ile olusturulmaktadir. Bu SAP'ler araciligi ile dogru bir sekilde çözülen kontrol bilgileri, modem parametreleri (örnegin çerçevenin kullanici verisi tasinan kisminda kullanilan modülasyon ve kodlama degiskenleri ve/veya çerçevenin yapisi hakkindaki bilgiler dâhil olmak ancak bunlar ile sinirli olmamak üzere) gibi çerçeveye iliskin daha fazla bilgiyi gösterebilmektedir› Bu da CFO ve kanali kestirmek için ek bos alt tasiyicilarin ya da pilot yapilarinin önüne geçmektedir. Sonuç olarak, bu Özel alt bloklarin (SS) güvenilir bir sekilde algilanmasi yolu ile çok esnek bir çerçeve yapisi desteklenir. Herhangi bir metot vasitasi ile CFO'yu kabaca kestirdikten sonra, özel alt bloklarda (SS) algilanan SAP'Ierin bos alt tasiyicilari, daha hassas bir CFO kestirimi için kullanilabilir. Buna ilave olarak, bu özel alt bloklarin (SS) hatali kod çözme olasiligi, klasik indis modülasyonuna (IM/ index modulation) kiyasla oldukça düsük oldugundan dolayi, daha hassas bir CFO kestirimi verimli bir sekilde gerçeklestirilebilir. Bu performans kazanimi, yüksek bir çesitlilik saglayarak kritik ve çerçeve ile ilgili alma islemleri için gerekli bilgileri tasiyan, iyi tasarlanmis ayrik SAP'Ierin kullanilmasi sayesinde elde edilebilir. Ozel alt bloklarin (SS) kullanilmasi, çerçeve yapisinin geri kalanina ve normal OFDM ya da OFDM-IM yapilarini kullanabilen diger alt bloklara (OS) herhangi bir sinirlama getirmemektedir. Ayrica ek olarak, özel alt bloklardaki (SS) aktif alt tasiyicilara (AS) herhangi bir sinirlama getirilmemektedir. Bu aktif alt tasiyicilar (AS), kanal kestirimi için pilot olarak kullanilmak üzere önceden atanmis degerleri alabilir, tepe l ortalama güç oraninin (PAPRI peak-to-average-power ratio) azaltilmasi için uyarlanabilir bilgi içermeyen semboller tasiyabilir ya da standart OFDM sembollerine kiyasla daha yüksek güvenilirlige sahip olan sembolleri dolayli olarak iletmek için bilgi ile modüle edilebilir. Sekil 1, OFDM-IM tabanli çok tasiyicili semboller Için esnek bir yapiyi göstermektedir. Sekil 2'deki kullanici verisi (1) bitleri, kanal kodlayici (2) araciligi ile kodlanmaktadir. Kanal kodlayici (2) tarafindan üretilmis olan kodlanmis bilgi bitlerii uzunlugu kodlama hizina bagli olan kodlanmis bir blok olusturmaktadir. Bit serpistirici (3), kodlanmis bloktaki bitleri serpistirir. On kontrol bitleri (10), aliciya örnegin modülasyon semasi, kodlama hizi, pilot örüntüleri vb. gibi anlik dalga biçimi parametrelerini iletmek için kullanilir. Her ne kadar ön kontrol bitleri (10) tipik olarak az bir sayida bit içerse de, bu bilgi ile ilgili tüm iletme biriminin, bu kontrol bilgisinin yanlis bir sekilde çözülmesi durumunda hatali olarak alinma olasiligi yüksek oldugundan dolayi bunun yüksek güvenilirlik ile gönderilmesi gerekmektedir. Bu güvenilirlik, girdi olarak özel bir aktivasyon örüntüsünü (SAP) alan özel alt blok indis modülatörü (11) tarafindan olusturulan özel alt bloklar (SS) araciligi ile kontrol edilir. Farkli sayida ön kontrol bitlerine (10) ve algilama güvenilirligine sahip olan bazi örnek SAP'Ier Sekil 1'de gösterilmektedir. Sekil 13 ve Sekil 1c'deki iki örüntü, bir bitlik bilgiyi iletebilirken, Sekil 1b'deki dört örüntü iki bitlik bilgiyi aktarabilmektedir. Sekil 1a'daki örüntüde daha fazla sayida alt tasiyici olmasi nedeni ile, Sekil 1c'deki örüntü ile ayni miktarda bilgiyi daha yüksek güvenilirlik ile iletmesi beklenmektedir. CFO'ya direnmek ve algilama sürecindeki farkli örüntüler arasinda düsük çapraz geçis olasiligini garanti etmek için farkli örüntüler tasarlanabilir. Kanalin frekans seçiciligini, frekans çesitliligi yolu ile azaltmak amaci ile özel alt bloklar (SS) tekrarlanabilir. Seriden paralele çevirmeden sonra, alt tasiyici serpistirici (6), özel alt bloklardaki (88) alt tasiyicilari düsük korelasyonlu kanal katsayilari yasayan frekanstaki farkli konumlara dagitmak için kullanilabilir. Kodlanmis ve serpistirilmis veri (1) bitleri daha sonra bir OFDM modülatör (4) kullanilarak modüle edilir. Eger sembol yapisinda ek pilot alt tasiyicilar var ise, o zaman bunlar ayrica egitim sembolleri ile de modüle edilebilir. Daha sonra ters FFT blogu (7), sinyali zaman bölgesine dönüstürür. Sinyal, paralelden seriye çevirme isleminden geçirilir ve döngüsel önek ekleyicisinde (9) döngüsel önek eklendikten sonra gönderilir. Alicida ilk olarak alinan sinyalin döngüsel öneki çikaricida (12) döngüsel öneki çikarilir ve seriden paralele çevirme gerçeklestirilir. Bu asamada, baslangiçtaki CFO hatasina bagli olarak, iyi bilinen metotlardan bir tanesi kullanilarak gerçeklestirilebilen bir kaba tasiyici frekans kayma kestirici ve kompansatör (14) gerekli olabilir. FFT blok-2 (22), sinyali frekans bölgesine dönüstürmek için kullanilir. Alt tasiyici ayristiricisindan (23) sonra özel alt bloklar (88) ve alt tasiyicilarin geri kalani elde edilir. Bu asamada, özel alt blok detektörü (24) kullanilarak `ozel alt bloklar (SS) islenir. Bu algilama, maksimum olasilik (ML/ maximum Iikelihood) ya da diger algilama metotlari kullanilarak yapilabilir ve hangi SAP'nin özel alt bloklar (SS) araciligi ile gönderildigini belirlemeye esdegerdir. Bu karardan sonra, algilanan ön kontrol bitleri (25) alicida zaten bilinir hale gelir. Algilanan ön kontrol bitleri (25), alici bloklarinin geri kalani için (sembol yapisi, modülasyon, kodlama vb. hakkinda bilgileri açiga çikarabildiginden dolayi, örnegin OFDM demodülatörü (19), bit ayristirici (20) ve kanal kod çözücüsü (21) bloklarinin yani sira kanal kestirici ve denklestirici gibi burada gösterilmeyen diger bloklar gibi) bir girdi olabilir. Indeks pozisyon hesaplayicisi (15), alt tasiyici ayristiricisindan (18) önce tespit edilen SAP'deki aktif olmayan alt tasiyicilarin (IS) indislerini belirlemek için kullanilir. Bundan sonra, algilanan SAP'nin aktif olmayan alt tasiyici (lS) indisleri, gelecek asamalar için CFO hatasini azaltmak için Ince tasiyici frekans kaymasi kestirici ve kompansatör (16) blogunda kullanilir. Sinyalin, FFT blogu-1 (17) kullanilarak frekans bölgesine dönüstürülmesinden sonra, sinyal bir alt tasiyici ayristiricisi (18) içinden geçirilir ve Sekil 1'deki yapi geri kazanilir. Diger alt bloklardaki (OS) semboller, OFDM demodülatör (19) tarafindan demodüle edilir ve alt tasiyici ayristiricidan (18) sonra, kodlanmis blok, kullanici bilgilerinin elde edildigi kanal kod çözücüsüne (21) beslenir. TR TR TR TR TR