TARIFNAME DIKEY ZAMAN FREKANS UZAYI (OTFS) DALGA BOYUNA YÖNELIK ESNEK KAYNAK KILAVUZU TASARIMI Teknik Alan Mevcut bulusun amaci, özel gereksinimlerini dikkate alarak radyo kaynaklarini esnek bir sekilde kullanicilara tahsis eden gecikme-Doppler kilavuzunda kaynak tahsisine yönelik bir yöntem tasarlamaktir. Bulusun yöntemi kaynak tahsisi/planlamasi bakimindan Dikey Zaman Frekans Uzayi (OTFS) dalga boyuna yönelik esnek bir yapi saglamaktadir. Bu esneklik, güvenilirlik, gecikme, veri hizlari, hareketlilik, güvenlik, vb. bakimindan kablosuz iletisim sistemlerinin giderek artan çesitli kullanici gereksinimlerine yönelik olarak zorunludur. Onceki Teknik Kablosuz iletisim sürekli olarak açilmis ve gelismis, zaman içerisinde temel sesli iletisimden gelistirilmis genis bant, büyük baglanabilirlik, ultra güvenilir ve düsük gecikmeli uygulamalara kadar büyümüstür. Uygulamalardaki bu açilmani, ilave gelistirilmis mobil genis bant (FeMBB), ultra büyük makine tipi iletisim (umMTC), asiri derecede güvenilir ve düsük gecikmeli iletisim (ERLLC), uzun mesafeli ve yüksek hareketlilikli iletisim (LDHMC) ve asiri derecede düsük güçlü iletisim (ELPC) gibi hizmetler seklinde altinci nesil (6G) sistemler ile devam etmesi beklenmektedir [1, 21. Ilk üç hizmet, hücresel sistemlerin besinci jenerasyonunda (5G) Önerilen hizmetlerin dogrudan uzantisini temsil ederken, sonraki iki hizmet yeni bir paradigmayi temsil etmektedir. Mevcut kablosuz sistemler, düsük tepeden ortalamaya güç orani gibi çesitli faydalar nedeniyle, çok yönlülük ve yüksek derecede mobil ortamlarda tecrübe edilen Doppler"e karsi daha iyi direnç gibi daha yüksek güvenilirlik nedeniyle agirlikli olarak Dikey Frekans Bölmeli Çoklama (OFDM) dalga boyunu kullanmaktadir, ne var ki OFDM ve diger çok tasiyicili teknikler, baslatilan Doppleriin tasiyicilar arasi girisime (ICI) yol açmasi ve kayda deger ölçüde düsen hizmet kalitesine (QoS) neden olmasi nedeniyle ortamdaki hareketliligin varliginda zorlanmaktadir. Bu sorun özellikle de yüksek hizli trenler ve yerduragan olmayan uydu sistemleri gibi yüksek hareketlilikli senaryolara yönelik olarak geçerlidir. Bu, alternatif bir dalga boyunun, diger bir deyisle, zaman-frekans alanindaki degisken zamanli kanali gecikme-Doppler alanindaki degismez kanala dönüstürme yeterliligine sahip olan Dikey Zaman Frekansi Uzayinin (OTFS) önerilmesine yol açmistir. seçeneklerinin gecikme, güvenilirlik Vb. çok yönlü kullanici gereksinimlerine hitap etmek üzere saglandigi çoklu numerolojili OFDMiyi standardize etmistir. Ne var ki, bu noktaya kadar mevcut literatürde yalnizca statik gecikme-Doppler kilavuzlari önerilmistir. Mevcut çalismalar yalnizca OTFS tabanli kablosuz aglarda farkli kullanicilara yönelik homojen gecikme-Doppler kilavuzlarindan yararlanmaktadir. Bulus sahipleri gelecekteki kullanici/uygulama gereksinimlerini karsilamak üzere esnek gecikme- Doppler kilavuzu tasarimina yönelik bir ihtiyaç olduguna inanmaktadir. Bulusun Amaci Bu bulusun amaci, bir esnek gecikme-Doppler kilavuzu ve sonuç olarak gecikme-Doppler alaninda esnek çözünürlüge olanak veren karsilik gelen bir çerçeve tasarimi saglamaktadir. Bu nedenle, bulusun nihai amaci, geleneksel kablosuz sistemler ile karsilastirildiginda kablosuz kanaldan faydalanma, kanal zenginligi ve girisim direnci bakimindan daha çok esneklik saglamaktir. Esnek çözünürlük örnegin otonom araçlarin sürülmesi, uzaktan ameliyatlar, akilli sehir ve tarim, bunun yani sira akilli tasimacilik gibi çesitli kullanici uygulamalari ve hizmetlerinde arttirilmis çok yönlülük kazanimlari, daha iyi güvenilirlik, hareketlilik gelistirmeleri vb. gibi çesitli amaçlara yönelik olarak kullanilabilmektedir. Bulusun Kisa Açiklamasi Mevcut bulus, iki kat dagitici kanal ile çoklu kullaniciya yönelik degisken gecikme-Doppler kilavuzuna sahip bir OTFS sistemine yönelik gecikme-Doppler kilavuzunda esnek kaynak tahsisine yönelik bir yöntem ile ilgilidir, burada söz konusu yöntem asagidaki adimlari içermektedir; Gecikme-Doppler alaninda farkli uygulamalar ile çoklu kullanicilarin planlanmasi, burada planlama dilim temelli organize edilmektedir, burada her kullanici ekipmani (UE"ler) için bir paket kuyrugu baz istasyonunda (BS) depolanmaktadir. Hem verici (TX) hem de alicida (RX) tekli antenlere sahip bir sistem tasarlanmaktadir, burada sabit gecikme-Doppler kilavuzuna sahip referans sistem çerçevesi N sayida sembolden ve M sayida alt tasiyicidan, T sembol süresi ve Af alt tasiyici araliklandirmasi (SCS) ile olusmaktadir, ve dolayisiyla, OTFS çerçevesi Tf= TN çerçeve süresi ile B = MAFlik bir toplam bant genisligini isgal etmektedir; ve sonuç olarak, gecikme-Doppler alanindaki veriler X[k,|] ile verilmekte, k ile | indeksi sirasiyla Doppler ve gecikme belirticilerini temsil etmektedir, Zaman-frekans veri sembolleri üzerinden M noktali IFFT kullanilarak Heisenberg dönüsümü ile zaman alani OTFS sinyalinin üretilmesi. OTFS sinyalleri arasinda semboller arasi girisimi azaltmak üzere L uzunlugunun döngüsel önekinin (CP) eklenmesi, burada L kanal yollarinin sayisidir, OTF S sinyalinin iletilmesi, burada OTF S sinyali zamana göre degisen kablosuz kanaldan geçmektedir, Alici tarafinda iletilen sinyali geri kazanmak üzere CP°nin kaldirilmasi, Alinan sinyalin zaman-frekans temsilini geri kazanmak üzere Wigner dönüsümünün gerçeklestirilmesi, Gecikme-Doppler alaninda alinan sinyali almak üzere SFFT operasyonunun gerçeklestirilmesi, Denklestirme sürecinin uygulanmasi, ve Alman sembollerin veri bilgilerine eslestirilmesi, asagidakilerle karakterize edilmektedir; Karsilik gelen kilavuz parametrelerini ve koruma optimizasyonunu dikkate alan süreçlerde her kullanicinin alici sinyali ya zaman-frekans ya da gecikme-Doppler alaninda, arzu edilen sinyal- girisim gürültü orani (SINR), veri hizi ve gidis-dönüs iletisim hizi dahil kullanici kisitlamalar] tamamlanana kadar gerçeklestirilmektedir. Mevcut bulusa göre OTFS kablosuz sistemlerine yönelik degisken/esnek gecikme-Doppler kilavuzunun varligi, kablosuz kanaldan daha iyi faydalanilmasini saglamaktadir. Bu esneklik daha IyI gecikme-Doppler çözünürlügü saglamaktadir, bu da daha sonra, daha çok çok yönlülük saglayarak sistemin güvenilirligini iyilestirmek için kullanilabilmektedir. Bulusun yöntemi farkli uygulama ve kullanici gereksinimlerine yönelik esnek bir gecikme- Doppler yapisinin tasarlanmasini ve uygun gecikme-Doppler kilavuz yapisini seçerek gecikme- Doppler alaninda kanal zenginliginden faydalanilmasini saglamaktadir. Bugüne kadar, OTFS ile ilgili yapilan çalismalardan hiçbiri, 5G ve ötesi kablosuz aglarda genis çesitlilikte kullanici durumlarindan faydalanilmasini desteklemek üzere esnek bir sekilde gecikme-Doppler alanindaki radyo kaynaklarinin kullanimini önermemistir. Bu itibarla, bulusun en arkli ve benzersiz unsurudur. Sekillerin Açiklamasi Sekil 1: a) sabit gecikme-Deppler alani kilavuzuna sahip geleneksel OTFS tabanli sistemler, b) degisken gecikme-Doppler alanina sahip önerilen OTFS tabanli sistemleri gösteren sema N: sembol sayisi M: alt tasiyici sayisi Nu: u°inci kullaniciya yönelik sembol sayisi Mu: u'inci kullaniciya yönelik alt tasiyici sayisi T: sembol süresi NT: çerçeve süresi Ne: toplam kullanici sayisi Sekil 2: iki kat dagitici kanal ile çoklu kullaniciya yönelik degisken gecikme-Doppler kilavuzuna sahip bir OTFS sistemine yönelik önerilen tasarimin blok diyagrami. A: Zaman-frekans alani B: Gecikme-Doppler alani 201: Gecikme-Doppler esnek radyo kaynagi kommasi 202: ISFFT 203: Zaman-frekans esnek radyo kaynagi korumasi 204: Heisenberg dönüsümü 205: Kablosuz kanal 206: Wigner dönüsümü 207: Pencereleme 207: SFFT x[k,li: X'in k,I'inci unsuru s[n,mi: zaman-frekans alanindaki iletilen sinyal x(t): zaman alanindaki iletilen sinyal y(t): zaman alanindaki alinan sinyal r[n,mi: zaman-frekans alanindaki alinan sinyal y[l(,l l: gecikme-Doppler alanindaki alinan sinyal Bulusun Detayli Açiklamasi Yukarida bahsedildigi üzere, mevcut bulus, iki kat dagitici kanal ile çoklu kullaniciya yönelik degisken gecikme-Doppler kilavuzuna sahip bir OTFS sistemine yönelik gecikme-Doppler kilavuzunda esnek kaynak tahsisine yönelik bir yöntem ile ilgilidir, burada söz konusu yöntem asagidaki adimlari içermektedir; Gecikme-Doppler alaninda farkli uygulamalar ile çoklu kullanicilarin planlanmasi, burada planlama dilim temelli organize edilmektedir, burada her kullanici ekipmani (UE"1er) için bir paket kuyrugu baz istasyonunda (BS) depolanmaktadir Hem verici (Tx) hem de alicida (RX) tekli antenlere sahip bir sistem tasarlanmaktadir, burada sabit gecikme-Doppler kilavuzuna sahip referans sistem çerçevesi N sayida sembolden ve M sayida alt tasiyicidan, T sembol süresi ve Af alt tasiyici araliklandirmasi (SCS) ile olusmaktadir, ve dolayisiyla, OTFS çerçevesi Tf= TN çerçeve süresi ile B = MAf°lik bir toplam bant genisligini isgal etmektedir; ve sonuç olarak, gecikme-Doppler alanindaki veriler X[k,l] ile verilmekte, k ile l indeksi sirasiyla Doppler ve gecikme belirticilerini temsil etmektediri Zaman-frekans veri sembolleri üZerinden M noktali IFFT kullanilarak Heisenberg dönüsümü ile zaman alani OTFS sinyalinin üretilmesi. OTFS sinyalleri arasinda semboller arasi girisimi azaltmak üzere L uzunlugunun döngüsel Önekinin (CP) eklenmesi, burada L kanal yollarinin sayisidir, OTFS Sinyalinin iletilmesi, burada OTF S sinyali zamana göre degisen kablosuz kanaldan geçmektedir, Alici tarafinda iletilen sinyali geri kazanmak Üzere CP'nIn kaldirilmasi, Alinan sinyalin zaman-frekans temsilini geri kazanmak üzere Wigner dönüsümünün gerçeklestirilmesi, Gecikme-Doppler alaninda alinan sinyali almak üzere SFFT operasyonunun gerçeklestirilmesi, Denklestirme sürecinin uygulanmasi, ve Alinan sembollerin veri bilgilerine eslestirilmesi, asagidakilerle karakterize edilmektedir; Karsilik gelen kilavuz parametrelerini ve koruma optimizasyonunu dikkate alan süreçlerde her kullanicinin alici sinyali ya zaman-frekans ya da gecikme-Doppler alaninda, arzu edilen sinyal-girisim gürültü orani (SINR), veri hizi ve gidis-dönüs iletisim hizi dahil kullanici kisitlamalari tamamlanana kadar gerçeklestirilmektedir. Bulusun yönteminin uygulanmasina yönelik olarak ama sistemden uçbirime baglanti/alt sistemden ana sisteme baglanti iletiminde bir baz istasyonu ile iletisim gerçeklestiren çoklu kullanicilarin aktif oldugu (Nel tekli bir OTFS hücresi tasarlanmaktadir. Bulusun yönteminde, kullanici ekipmanlarinin (UE"ler) planlanmasi dilim temelli organize edilmektedir, burada UE'lerden her biri için bir paket kuyrugu baz istasyonunda (BS) depolanmaktadir BUIUSun yöntemi gecikme-Doppler alaninda farkli uygulamalar ile çoklu kullanicilari planlayan bir algoritmayi kullanmakta, bu da Sekil lb7de gösterildigi üzere, çesitli radyo kaynagi kilavuzlari ile sonuçlanmaktadir, Yöntem adimina (i) göre gecikme-Doppler alaninda farkli uygulamalar ile çoklu kullanicilari planlayan algoritma asagidaki gibi verilebilmektedir: (Nu,Mu} : max{SE,SINR}&mi11{RTT}, burada Nu ve Mu sirasiyla kullanicinin (u) gecikme ve Doppler kilavuzunu temsil etmektedir. SE spektral verimliliktir, SI NR Sinyal-girisim ve gürültü oranini belirtmektedir, RTT gidis dönüs zamanina karsilik gelmektedir. Bulusun yönteminde ana sistemden uçbirime baglanti/alt sistemden ana sisteme baglanti iletiminde bir baz istasyonu ile iletisim gerçeklestiren çoklu kullanicilarin aktif oldugu (Ne) tekli bir OTFS hücresi tasarlanmaktadir. Bulusun yönteminde, kullanicilarin degisken gecikme-Doppler kilavuzu nedeniyle esnek bir kaynak tahsisi yapilmaktadir, ek olarak bu degisken gecikme-Doppler kilavuzunun esnek bir radyo kaynak planlama algoritmasi araciligiyla kontrol edilmesi gerekmektedir. Degisken bir gecikme-Doppler kilavuzuna yönelik ihtiyaç, belirli bir kullanicinin hizmet verdigi veya kullandigi uygulama nedeniyledir. Örnegin, iki kullanicinin iki farkli zaman süresi içerisinde iletisimi tamamlamasi gerekiyorsa, bu girisim denilen büyük bir probleme neden olmaktadir, bu da iki kullanici içinde baglantiyi bozabilmektedir. Sonuç olarak, kullanicinin gereksinimlerine (hizmet veren uygulamalara) uygun olarak bu etkiyi engellemek veya azaltmak ü2ere esnek radyo kaynagi kullanimi önerilmektedir. Bulusun yönteminde, koruma optimizasyonu mevcut tasarimi kullanicilar arasinda sabit koruma kullanmasi gereken sabit gecikme-Doppler'e sahip geleneksel OTFS semalarindan farkli kilmaktadir. Öte yandan, mevcut sisteme yönelik korumanin gecikme-Doppler kulavuzlarinin ve kullanicilarin ihtiyaçlarinin esnek dogasina uygun olarak esnek olmasi gerekmektedir. Bulusun tercih edilen bir yapilandirmasinda, bulusun yöntemine yönelik olarak, hem verici (TX) hem de alicida (RX) bir tekli antenler sistemi tasarlanmaktadir. Sabit gecikme-Doppler kilavuzuna sahip referans sistem çerçevesi, sirasiyla N sayida sembolden ve M sayida alt tasiyicidan, T sembol süresi ve Af alt tasiyici araliklandirmasi (SCS) ile olusmaktadir. Bu nedenle, OTFS çerçevesi, Tr = TN'lik bir çerçeve süresi ile B = MAf'Iik bir toplam bant genisligini isgal etmektedir. Gecikme-Doppler alanindaki veriler X[k,|] ile verilmekte, k ile 1 indeksi sirasiyla Doppler ve gecikme belirticilerini temsil etmektedir, Sekil 1, bulusa yönelik OTF S çerçevesinin blok diyagramini örnekle göstermektedir. Ornekler Örnek 1: Mevcut bulusa göre yöntemin uygulanmasi A. B u patentte, ana sistemden uçbirime baglanti/alt sistemden ana sisteme baglanti iletiminde bir baz istasyonu ile iletisim gerçeklestiren çoklu kullanicilarin aktif oldugu (Ne) tekli bir OTFS hücresi tasarlanmaktadir. UE"lerin planlanmasi dilim temelli organize edilmektedir, burada UE°lerden her biri için bir paket kuyrugu BS°de depolanmaktadir Bu bulus, gecikme-Doppler alaninda farkli uygulamalar ile çoklu kullanicilari planlayan bir algoritmayi önermekte, bu da Sekil lb"de gösterildigi üzere, çesitli radyo kaynagi kilavuzlari ile sonuçlanmaktadir, B. Sistem tasarimi ile ilgili olarak bu iletisim teknolojisinde, hem verici (Tx) hem de alicida (RX) bir tekli antenler Sistemi tasarlanmaktadir. Sabit gecikme-Doppler kilavuzuna sahip referans sistem çerçevesi, sirasiyla N sayida sembolden ve M sayida alt tasiyicidan, T sembol süresi ve Af alt tasiyici araliklandirmasi (SCS) ile olusmaktadir. Bu nedenle, OTFS çerçevesi, Tr = TN'lIk bir çerçeve süresi ile B : MAf' lik bir toplam bant genisligini isgal etmektedir. Gecikme-Doppler alanindaki veriler X[k,|] ile verilmekte, k ile l indeksi sirasiyla Doppler ve gecikme belirticilerini temsil etmektedir, Sekil 2, bulusa yönelik OTFS çerçevesinin blok diyagrammi örnekle göstermektedir. C. OTFS sinyalini üretmek üzere, zaman-frekans veri sembolleri üzerinden M noktali IFFT kullanilarak Heisenberg dönüsümü gerçeklestirilmektedir. OTFS sinyalleri arasinda semboller arasi girisimi azaltmak üzere L uzunlugunun döngüsel öneki (CP) eklenmektedir, burada L kanal yollarinin sayisini belirtmektedir. Iletimden sonra, OTFS sinyali zamana göre degisen kablosuz kanaldan geçmektedir. D. Alici tarafinda, öncelikle iletilen sinyali geri kazanmak üzere CP kaldirilmaktadir. Daha sonra, alinan sinyalin zaman-frekans temsilini geri kazanmak üzere Wigner dönüsümü gerçeklestirilmektedir. Bunun ardindan, Gecikme-Doppler alaninda alinan sinyali almak Üzere SFFT operasyonu gerçeklestirilmektedir. Denklestirme sürecinden sonra, alinan semboller veri bilgilerine eslestirilmektedir. E. Bulusun bir kismi, karsilik gelen kilavuz parametreleri, diger bir deyisle Mu ve Nu dikkate alinarak her kullanicinin alinan sinyalinin uygun bir sekilde islenmesini içermektedir. Sonuç olarak, gecikme-Doppler alanindaki (degisken kilavuz) karma numeroloji nedeniyle girisimi kontrol etmek üzere, iletisimin spektral verimliligi (SE), arzu edilen sinyal-girisim ve gürültü orani (SINR) ve gidis-dönüs zamani (RTT) dahil olmak üzere kullanici kisitlamalari tamamlanana kadar ya zaman-frekans ya da gecikme-Doppler alaninda koruma optimizasyonu gerçeklestirilmektedir. Bulusun Endüstriyel Uygulanabilirligi Bulus endüstriye uygulanabilmektedir ve gecikme-Doppler alani, zaman-frekans alani, veya ortak bir sekilde adaptif kilavuz tasarimina yönelik herhangi sinyal gerçeklestiren iletime uygulanabilen bir algoritmayi temsil etmektedir. Bu temel kavramlar çevresinde, bulusun konusu ile ilgili birkaç yapilandirma gelistirilmesi mümkündür; dolayisiyla bulus burada açiklanan örnekler ile sinirlandirilamamaktadir ve bulus, esasen, istemlerde tanimlandigi üzeredir. Bulusun ayri yapilandirmalari, uygun oldugunda birlestirilebilmektedir. Teknikte uzman bir kisinin benzer yapilandirmalari kullanarak bulusun yeniligini aktarabileeegi ve/veya bu tür yapilandirmalarin ilgili teknikte kullanilanlara benzer diger alanlara uygulanabilecegi açiktir. Bu nedenle, bu tür yapilandiinialarin yenilik kriterlerinden ve teknigin bilinen durumunu asina kriterlerinden yoksun oldugu da açiktir. TR TR TR