Dış Kaynaklı Proje Süreçleri Yönetim Sistemi
Develi İ. (Yürütücü), Canbilen A., Ceniklioğlu B., Alsalameh H., Conger M.
Proje Özeti
Günümüz kablosuz haberleşme uygulamalarının gereksinim duyduğu yüksek veri hızlarına olan talep arttıkça, spektral ve enerji verimlilikleri yüksek yeni nesil hücresel haberleşme teknolojilerine olan ilgi de hızla artmaktadır. Bu bağlamda; 5. nesil (5th Generation, 5G) ve ötesi standartların kullanımıyla; hizmet çeşitliliğinin arttırılması, çok yüksek veri hızlarının desteklenmesi, ultra düşük gecikme sürelerine ulaşılması ve enerji/maliyet verimliliğinin geliştirilmesi beklenmektedir. Bu beklentileri karşılamak üzere bilim insanları, farklı ağ katmanlarını içeren çeşitli teknolojileri araştırmakta ve muhtemel 5G ötesi senaryoları için bu teknolojilerin karşılıklı etkileşimlerini tartışmaktadırlar. Bu teknolojilerden biri olan dikgen frekans bölmeli çoğullama (OFDM); yakın geçmişe kadar WiFi, WiMAX, LTE ve LTE-A gibi birçok kablosuz haberleşme standardında yaygın bir şekilde kabul görmüş ve kullanılmıştır. OFDM’nin; hüzme şekillendirme (beamforming) için yüksek dereceli çok girişli çok çıkışlı (MIMO) ve kitlesel (massive) MIMO gibi gelişmiş çoklu anten teknolojileri ile uyumlu olduğu ve basit verici-alıcı tasarımı sağladığı çok iyi bilinmektedir.
Veri iletimine yeni bir soluk getiren indis modülasyonu (IM) teknikleri, spektral ve enerji verimliliği ile donanım kolaylığı açısından sunduğu avantajlar sayesinde yeni nesil kablosuz ağlar için oldukça güçlü adaylar arasında yer almaktadır. IM tekniği, OFDM tabanlı sistemlerde sembollerle iletilen bilgiye ek olarak, seçilen aktif alt taşıyıcı kümesinin indisi aracılığıyla da alıcıya veri iletilmesini sağlamıştır. Ancak, 5G ve ötesi sistemler için yüksek taşıyıcı frekanslarının kullanılması gerektiğinden bu frekanslardaki donanım hataları kablosuz sistemlerin performansını önemli ölçüde azaltabilir. Bu projede, gelecek nesil kablosuz haberleşme standartlarına aday olabilecek nitelikte maliyet etkin, esnek, yüksek enerji/spektral verimliliğe sahip ve düşük karmaşıklık içeren verici-alıcı teknolojilerinin başında gelen OFDM-IM tekniğindeki donanımsal hataları azaltmasının yanı sıra; kanallar arası girişimi engelleyen, alıcı karmaşıklığını ve hata olasılığını azaltan özgün sistemlerin tasarımı hedeflenmektedir. Literatürde daha önceden yapılan araştırmalar ele alındığında donanım ve kanal kestirim hatalarının, sönümlü kanal etkisindeki OFDM ve OFDM-IM sistemleri üzerindeki yıkıcı etkilerinin incelendiği görülmüştür. Ancak, bu incelemeler yapılırken eş faz ve dördün faz dengesizliği (IQI) etkisinin OFDM-IM sistemi üzerindeki etkilerinin tek bir çalışmada ve yalnız alıcı tarafta ele alındığı fark edilmiştir. Verici tarafta meydana gelecek herhangi bir IQI etkisinin de sistemin performansını etkileyeceği öngörüsünden hareketle bu projede ilk olarak; maksimum olabilirlik (ML) ve logaritmik olabilirlik oranı (LLR) dedektörlerin kullanıldığı OFDM-IM sisteminde hem verici hem alıcı tarafındaki IQI etkisi göz önünde bulundurularak sistemin hata performansının; Rayleigh, α-μ (alfa-mü), Nakagami-m ve/veya Weibull gibi çeşitli sönümlü kanallarda incelenmesi amaçlanmıştır. OFDM-IM sistemindeki IQI etkisinin sönümlü kanallarda hata performans analizleri öncelikle teorik olarak, daha sonra bilgisayar simülasyonları ile gerçekleştirilecektir. IQI etkisindeki OFDM-IM sistemi, yazılım tabanlı radyo birimi (USRP) kullanılarak donanımsal olarak da test edilecektir.
Bunun yanında, literatürde kablosuz haberleşmenin hizmet kalitesini yükseltmek veya hızını artırmak için elektromanyetik dalgaların yansıma, saçılma ve kırılma karakteristiklerinin kontrolüne yönelik çalışmalar yaygınlaşmaktadır. Bu teknolojik eğilim göz önünde bulundurularak bu projedeki ikinci özgün katkı olarak, donanımsal hatalara sahip OFDM-IM sisteminin performansının artırılmasında; elektromanyetik dalgaların tepkisini şekillendirebilen, analog/dijital-dijital/analog dönüştürücüler ve güç kuvvetlendiricilerine ihtiyaç duymayan, çok sayıda düşük maliyetli pasif elemandan oluşan yeniden yapılandırılabilir akıllı yüzeylerin (RIS) kullanılması planlanmaktadır. Donanımsal hataların OFDM-IM üzerindeki etkisini hafifletmek amacıyla daha önceki çalışmalardan farklı olarak, OFDM-IM sisteminin RIS ile bütünleştirilmesinin, sistem performansı açısından önemli iyileştirmeler sağlayacağı öngörülmektedir. Donanımsal hataları içeren OFDM-IM teknikleri için geliştirilen RIS-destekli özgün sistemlerin performans analizi; Rayleigh, Nakagami-m ve/veya Weibull gibi yaygın sönümlü kanal ortamlarında yapılarak; 5G ve ötesi haberleşme teknolojilerine uygun, yeni ve donanımsal hata dayanımlı sistem tasarımları gerçekleştirilmiş olacaktır.
Önerilen proje faaliyetlerinin ve çıktılarının; “TÜBİTAK Çağrı Planlaması 2020-2021” deki Bilgi ve İletişim Teknolojileri ana başlığı altında tanımlanmış olan “Yeni Nesil İleri Kablosuz ve Mobil Teknolojiler” öncelikli Ar-Ge ve yenilik konusu ile büyük bir uyum içinde olacağı, 5G ve ötesi haberleşme teknolojileri ile ilintili çeşitli sektörel ihtiyaçlara yönelik çözümler sunacağı düşünülmektedir.