Cooperative communication techniques with physical layer network coding

Abstract

Bu tezdeki temel amaç, kablosuz haberleşme sistemleri için pratik fiziksel katman ağ kodlaması (FKAK) ile işbirlikli iletişim tekniklerinin incelenmesi ve geliştirilmesidir. Çeşitli kablosuz sistemler için FKAK'nın etkili ve basit bir teknik olduğunun gösterilmesi hedeflenmiştir. Bu teknik, bit hat oranının tek yönlü geleneksel ağ performansıyla neredeyse aynı olmasına rağmen ağ veri hızının iki katına çıkmasını sağlamaktadır. İlk olarak, her kullanıcının her açıdan (bilgi uzunluğu, modülasyon tipi, vb.) simetrik olduğu 3 düğümlü ve çok düğümlü sistemler incelenmiş ve benzetimi gerçekleştirilmiştir. Birden fazla röle içeren çok düğümlü sistemler için eşlemleme algoritması geliştirilmiş ve test edilmiştir. Daha sonra, bilgi uzunlukları farklı olması nedeniyle farklı modülasyon tekniği kullanan kullanıcıları içeren asimetrik FKAK sistemi incelenmiştir. Eşlemleme işlemi sistem performansını doğrudan etkilediği için uygun eşlemleme algoritması bulunmuş ve sisteme uygulanmıştır. İncelenenen tüm sistemler için yapılan benzetim sonuçları, kabul edilebilir bit hata oranı için FKAK sistemlerinın ağ veri hızının geleneksel ağlarınkine göre iki kat arttığını göstermektedir. Son olarak incelenen sistem yüksek hızlı veri transferi için iyi bir çözüm olan Dik frekans bölümlemeli çoğullama (DFBÇ) tekniğini içermektedir. DFBÇ tekniğinin FKAK sistemine eklenmesi hedeflenmiştir. DFBÇ-FKAK sistemi modellenip, rayleigh ve ricean sönümlemeli kanallarında betimlemesi yapılmıştır. Benzetim sonuçları, DFBÇ'nin FKAK sistemine eklenebileceğini ve ağ veri hızını daha da geliştirebileceğini göstermiştir. Önerilen ve modellenen tüm sistemlerde farklı işbirlik teknikleri incelenmiş ve benzetimler aracılığıyla karşılaştırılmıştır. Bunlar çöz-ilet, sez-ilet ve yükselt-ilet teknikleridir The main objective of this thesis is to analyze and develop practical cooperative communication techniques with physical layer network coding (PLNC) for wireless communciation systems. It is aimed to show that PLNC is effective and simple techniques for various wireless systems. It provides network throuhgput to be doubled while the BER performance is almost same as one-way traditional network?s performance. The first two systems that are discussed and simulated, are PLNC systems in 3-node and multi-node network where each user has symmetric at all angles such as lengths of information, modulation schemes, vice versa. The mapping algorithm is developed and tested for multi-node network where more than one relay exist. The next discussed system asymmetric PLNC system in which users have different length of information so they should use different modulation schemes. The mapping operation at relay is critical for the performance of system so the proper mapping algorithm is found and applied to the system. The simulation results of all systems which are investigated under AWGN and Rayleigh fading channels, show that the network throughput of PLNC system is doubled for acceptable BER performance as traditional network. The last discussed system contains orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) technique which is good solution for high data rate transmission. OFDM is added to the proposed PLNC system and it is analyzed and evaluated under Rayleigh fading and Ricean fading channels. The outputs of simulation shows that OFDM can be implemented into PLNC system and the network throughput can be more improved. The different cooperation techniques, Decode&Forward (DF), Denoise&Forward (DNF), Amplify&Forward?s (AF) are also discussed and compared in this thesis.