Tam Çift Yönlü 5g Ofdm Haberleşme Sistemleri Için Kanal Kestirim Algoritmaları Tasarımı
Proje Grubu: EEEAG Sayfa Sayısı: 67 Proje No: 121E201 Proje Bitiş Tarihi: 15.11.2023 Metin Dili: Türkçe DOI: 121E201 İndeks Tarihi: 01-03-2024
Tam Çift Yönlü 5g Ofdm Haberleşme Sistemleri Için Kanal Kestirim Algoritmaları Tasarımı
Öz: Yakın gelecekte kullanılmaya başlanacak olan 5G haberleşme sistemleri çok daha yüksek veri hızı, kapsama alanı ve enerji verimliliği sağlayan bunun yanı sıra çok yüksek gezginliğe sahip olabilen yüksek hızlı tren, uçak gibi ulaşım araçlarının haberleşme gereksinimlerini de destekleyen sistemler olarak karşımıza çıkmaktadır. Bu nedenle tam çift yönlü haberleşme, aynı frekans bandını aynı anda kullanarak, eşzamanlı veri iletimi ve alımı yaparak, spektrum verimliliğini önemli ölçüde arttırabilmeleri bakımından 5G ve sonrası haberleşme teknolojilerinde yaygın olarak kullanılacak olan umut verici bir teknolojidir. Diğer taraftan, bu projenin sistem senaryosu olan çok yollu kanallar üzerinden haberleşen geniş bantlı (broad band) iletişim sistemlerinde, zaman düzleminde veri sembolleri arası girişim (Inter Symbol Interference, ISI) ve frekans düzleminde frekans seçiciliği (frequency selective) gibi kanalın olumsuz etkilerinin üstesinden gelebilmek için çok taşıyıcılı (OFDM vb) dalga şekillerini kullanmak gerekmektedir. Literatürde zamanla değişmeyen çokyollu radyo kanallara sahip noktadan-noktaya (rölesiz) tam çift yönlü OFDM haberleşme sistemi için kanal kestirimi öneren ve 5G için pek de verimli olmayan birkaç çalışma dışında özellikle de gezgin ve/veya kuvvetlendir-ve-aktar röleli Tam Çift Yönlü 5G Çoktaşıyıcılı Haberleşme Sistemleri için Kanal Kestirim problemi üzerine yoğunlaşan herhangi bir çalışma rapor edilmemiştir. Buna ek olarak, gezgin (zamanla değişen çokyollu radyo kanallara sahip) ve/veya analog kuvvetlendir-ve-aktar röleli tam çift yönlü 5G OFDM haberleşme sistemleri için kanal kestirim metodlarını konu alan herhangi bir çalışma mevcut değildir ve bu sistem senaryolarını konu alan bu proje özgün değere sahiptir. Proje, gezgin (zamanla değişen çokyollu radyo kanallara sahip) ve/veya analog kuvvetlendir-ve-aktar röleli olmak üzere 4 farklı sistem senaryolu tam çift yönlü 5G OFDM haberleşme sistemleri için önereceği çokyollu ve Residual Self Interference (RSI) kanalların efektif kestirim metodlarıyla (hesaplama yükü düşük, pilot kullanım oranı düşük, ortalama karesel hatası (MSE) başarımı yüksek) bu alana önemli bilimsel katkı sağlayacaktır. Projede, düğümlerin (alıcı, verici ve röle) tam çift yönlü haberleşme yaptıkları ve OFDM dalga şeklini kullandıklarını düşünülmektedir. Projede, en basit sistem senaryosu olarak kabul edebileceğimiz, yani alıcı-verici düğümlerinin sabit olduğu (düğümler arası radyo kanalların zamanla değişmediği) ve noktadan-noktaya (rölesiz) olan bir tam çift yönlü OFDM haberleşme sisteminden başlayarak sırasıyla sistemde düğümlerin gezgin (düğümler arası çokyollu radyo kanalların zamanla değiştiği) ve/veya düğümler arasında bir analog kuvvetlendir-ve-aktar röle olduğu daha zorlu sistem senaryoları ele alarak her bir senaryo için çokyollu ve RSI kanalların efektif kestirim metodları önerilecektir. Projede, konusunda deneyimli iki öğretim üyesi (yürütücü: Doç. Dr. Habib Şenol, araştırmacı: Doç. Dr. Atilla Özmen) ve bu konularda yetiştirilmek üzere iki yüksek lisans bursiyeri görev alacaktır. Geliştirilecek algoritmaların ve bunların uygulama sonuçlarının ulusal ve uluslararası bilimsel kamuoyunun görüşüne sunulması amacıyla, IEEE Transactions on Wireless Communications ve IEEE Transactions on Signal Processing gibi saygın dergilerde yayınlanmak üzere en az iki makale ve üç uluslararası bildiri hazırlanması beklenmektedir. Proje sonuçları, yüksek gezginliğe sahip hızlı tren, uçak gibi ulaşım araçlar tarafından kullanılacak olan 5G tam çift yönlü haberleşme sistemlerinin etkin kanal kestirim algoritma gereksinimini karşılar durumda olacaktır. Ayrıca, proje sonucunda elde edilen etkin kanal kestirim algoritmaları için patent başvurusu yapılması planlanmaktadır. Proje ekibinin edineceği bilgi ve deneyim, 5G ve sonrası haberleşme sistemleri için makine öğrenmesi kullanarak kanal kestirim alogitmaları gibi konularda başka TUBITAK projelerine yol açacaktır.
Anahtar Kelime: Design of Channel Estimation Algorithms for Full Duplex 5G OFDM Communication Systems
Öz: 5G communication systems, which will be used in the near future, provide much higher data rate, coverage and energy efficiency as well as supporting the communication requirements of highly mobile transportation vehicles such as highspeed train, airplane, etc. Therefore, full-duplex communication is a promising technology to be used widely in 5G and beyond communication technologies, since it can increase the spectral efficiency by simultaneously transreceiving data using the same frequency at the same time. On the other hand, in broadband communication systems communicating through multi-channel channels that is the system scenario of this project, multicarrier (OFDM etc.) wave forms should be used in order to overcome the negative effects of the channel such as Inter Symbol Interference (ISI) and frequency selectivity. As seen from the Section 1.1 of the project, except a few ineffecient studies which propose channel estimation method for a point-to-point (without relay) full-duplex OFDM communication system with time invariant multipath radio channels, any study focusing on the channel estimation problem especially mobile and/or amplify-and-forward relayed full duplex 5G multicarrier communication systems has not been reported in the literature and this project, based on these system scenarios, has original value. This project will provide significant scientific contribution to this field with the effective channel estimation methods (with low computational complexity, low pilot overhead and high MSE performance) proposed for full duplex 5G OFDM communication systems with 4 different system scenarios including mobile nodes (time-varying multipath radio channels) and/or analog amplify-and-forward relaying cases. In the project, the nodes (receiver, transmitter and relay) are assumed to transceive in full-duplex mode and use OFDM waveform. In the project, starting from a full-duplex OFDM communication system scenario which can be considered as the simplest system scenario, that is, the transceiver nodes are fixed (i.e. multipath radio channels in between nodes are time-invariant) and point-to-point (i.e. there is not any relay between transceiver nodes), the effective estimation methods of multipath and RSI channels will be proposed for each scenario, addressing more challenging system scenarios in which the transceiver nodes are mobile (i.e. multipath radio channels in between nodes are time-varying) and/or an analog amplify-and-forward relay exists between transceiver nodes, respectively. Two experienced faculty members (principal investigator: Assoc. Prof. Habib Şenol, researcher: Assoc. Prof. Atilla Özmen) and two graduate students will be employed in the project. It is expected that at least two international articles and three international conference papers will be prepared for publication in prestigious journals indexed by the Science Citation Index (or SCI-Expanded) with an impact factor greater than two in order to present the algorithms to be developed in the project and their application results to the national and international scientific public opinion. The results of the project will also meet the requirements of effective channel estimation algorithm in physical layer of 5G communication systems to be used by highly mobile transportation vehicles such as highspeed train, airplane, etc. The results will be shared quickly with other stakeholders through a website to be prepared within the scope of the project. In addition, it is planned to apply for a patent for effective channel estimation algorithms obtained as a result of the project. The knowledge and experience of the project team in this project will lead to further TUBITAK projects on topics such as channel estimation using machine learning for 5G and beyond communication systems.
Anahtar Kelime: Erişim Türü: Bibliyografik
- [1] E. Everett, A. Sahai, and A. Sabharwal, “Passive self-interference suppression for full- duplex infrastructure nodes,” IEEE Trans. Wireless Commun., vol. 13, no. 2, pp. 680–694, Feb. 2014, to be published.
- [2] C. Anderson et al., “Antenna isolation, wideband multipath propagation measurements, and interference mitigation for on-frequency repeaters,” in Proc. IEEE SoutheastCon, Mar. 2004, pp. 110–114.
- [3] P. Lioliou, M. Viberg, M. Coldrey, and F. Athley, “Self-interference suppression in full- duplex MIMO relays,” in Proc. Asilomar Conf. Signals, Syst. Comput., 2010, pp. 658–662.
- [4] M. Duarte, C. Dick, and A. Sabharwal, “Experiment-driven characterization of full-duplex wireless systems,” IEEE Trans. Wireless Commun., vol. 11, no. 12, pp. 4296–4307, Dec. 2012.
- [5] M. Duarte et al., “Design and characterization of a full-duplex multiantenna system for WiFi networks,” IEEE Trans. Veh. Commun., vol. 63, no. 3, pp. 1160–1177, Mar. 2014.
- [6] D. Bharadia, E. McMilin, and S. Katti, “Full duplex radios,” in Proc. ACM SIGCOMM, 2013, pp. 375–386.
- [7] D. W. Bliss, P. A. Parker, and A. R. Margetts, “Simultaneous transmission and reception for improved wireless network performance,” in Proc. IEEE Statist. Signal Process. Workshop, Aug. 2007, pp. 478–482.
- [8] J. Sangiamwong, T. Asai, J. Hagiwara, Y. Okumura, and T. Ohya, “Joint multi-filter design for full-duplex MU-MIMO relaying,” in Proc. IEEE VTC—Spring, 2009, pp. 1–5.
- [9] B. Day, A. Margetts, D. Bliss, and P. Schniter, “Full-duplex bidirectional MIMO: Achievable rates under limited dynamic range,” IEEE Trans. Signal Process., vol. 60, no. 7, pp. 3702–3713, Jul. 2012.
- [10] D. Kim, H. Lee, and D. Hong, “A Survey of In-band Full-duplex Transmission: From the Perspective of PHY and MAC Layers,” IEEE Commun. Surveys & Tutorials, vol. 17, no. 4, pp. 2017–2046, Feb. 2015.
- [11] B. P. Day, A. R. Margetts, D. W. Bliss, and P. Schniter, “Full-duplex mimo relaying: Achievable rates under limited dynamic range,” IEEE J. Sel. Areas in Commun., vol. 30, no. 8, pp. 1541–1553, 2012.
- [12] H. Senol, E. Panayirci, and H. V. Poor, “Non-data-aided joint channel estimation and equalization for OFDM systems in very rapidly varying mobile channels,” IEEE Transactions on Signal Processing, vol. 60, no. 8, pp. 4236 – 4253, Aug. 2012.
- [13] Y.-S. Choi, P. J. Voltz, and F. A. Cassara, “On channel estimation and detection for multicarrier signals in fast and selective Rayleigh fading channels,” IEEE Trans. Commun., vol. 49, no. 8, pp. 1375–1387, Aug. 2001.
- [14] H. Senol and C. Tepedelenlioglu, “Subspace-Based Estimation of Rapidly Varying Mobile Channels for OFDM Systems,” IEEE Trans. on Signal Process., vol. 69, pp. 385–400, Jan. 2021.
- [15] W. H. Press, S. A. Teukolsky, W. T. Vetterling, and B. P. Flannery, Numerical Recipes 3rd Edition: The Art of Scientific Computing. Cambridge University Press, Sept. 2007.
- [16] G. Golub and C. van Loan, Matrix Computations. Baltimore, MD, USA: 4th Ed., John Hopkins Univ. Press, 2013.
- [17] S. M. Kay, Fundamentals of Statistical Signal Processing: Estimation Theory. New Jersey, USA: Prentice-Hall, 1993.
- [18] W. C. Jakes and D. C. Cox, Microwave Mobile Communications. New York: Wiley-IEEE, 1994.
- [19] H. Senol, X. Li, and C. Tepedelenlioglu, “Rapidly time-varying channel estimation for full- duplex amplify-and-forward one-way relay networks,”IEEE Trans. Signal Process., vol. 66, no. 11, pp. 3056–3069, Jun. 2018.
| APA | Senol H, Özmen A, YILDIRIM B (2023). Tam Çift Yönlü 5g Ofdm Haberleşme Sistemleri Için Kanal Kestirim Algoritmaları Tasarımı. , 0 - 67. 121E201 |
| Chicago | Senol Habib,Özmen Atilla,YILDIRIM BATUHAN Tam Çift Yönlü 5g Ofdm Haberleşme Sistemleri Için Kanal Kestirim Algoritmaları Tasarımı. (2023): 0 - 67. 121E201 |
| MLA | Senol Habib,Özmen Atilla,YILDIRIM BATUHAN Tam Çift Yönlü 5g Ofdm Haberleşme Sistemleri Için Kanal Kestirim Algoritmaları Tasarımı. , 2023, ss.0 - 67. 121E201 |
| AMA | Senol H,Özmen A,YILDIRIM B Tam Çift Yönlü 5g Ofdm Haberleşme Sistemleri Için Kanal Kestirim Algoritmaları Tasarımı. . 2023; 0 - 67. 121E201 |
| Vancouver | Senol H,Özmen A,YILDIRIM B Tam Çift Yönlü 5g Ofdm Haberleşme Sistemleri Için Kanal Kestirim Algoritmaları Tasarımı. . 2023; 0 - 67. 121E201 |
| IEEE | Senol H,Özmen A,YILDIRIM B "Tam Çift Yönlü 5g Ofdm Haberleşme Sistemleri Için Kanal Kestirim Algoritmaları Tasarımı." , ss.0 - 67, 2023. 121E201 |
| ISNAD | Senol, Habib vd. "Tam Çift Yönlü 5g Ofdm Haberleşme Sistemleri Için Kanal Kestirim Algoritmaları Tasarımı". (2023), 0-67. https://doi.org/121E201 |
| APA | Senol H, Özmen A, YILDIRIM B (2023). Tam Çift Yönlü 5g Ofdm Haberleşme Sistemleri Için Kanal Kestirim Algoritmaları Tasarımı. , 0 - 67. 121E201 |
| Chicago | Senol Habib,Özmen Atilla,YILDIRIM BATUHAN Tam Çift Yönlü 5g Ofdm Haberleşme Sistemleri Için Kanal Kestirim Algoritmaları Tasarımı. (2023): 0 - 67. 121E201 |
| MLA | Senol Habib,Özmen Atilla,YILDIRIM BATUHAN Tam Çift Yönlü 5g Ofdm Haberleşme Sistemleri Için Kanal Kestirim Algoritmaları Tasarımı. , 2023, ss.0 - 67. 121E201 |
| AMA | Senol H,Özmen A,YILDIRIM B Tam Çift Yönlü 5g Ofdm Haberleşme Sistemleri Için Kanal Kestirim Algoritmaları Tasarımı. . 2023; 0 - 67. 121E201 |
| Vancouver | Senol H,Özmen A,YILDIRIM B Tam Çift Yönlü 5g Ofdm Haberleşme Sistemleri Için Kanal Kestirim Algoritmaları Tasarımı. . 2023; 0 - 67. 121E201 |
| IEEE | Senol H,Özmen A,YILDIRIM B "Tam Çift Yönlü 5g Ofdm Haberleşme Sistemleri Için Kanal Kestirim Algoritmaları Tasarımı." , ss.0 - 67, 2023. 121E201 |
| ISNAD | Senol, Habib vd. "Tam Çift Yönlü 5g Ofdm Haberleşme Sistemleri Için Kanal Kestirim Algoritmaları Tasarımı". (2023), 0-67. https://doi.org/121E201 |
