Coding schemes for energy harvesting and multi-user communications

Kablosuz sensör ağları, radyo frekans tanımlama sistemleri ve kablosuz beden ağları dahil olmak üzere birçok kablosuz iletişim ve ağ uygulaması enerji hasadı ve kablosuz enerji transferinden yararlanabilir. Enerji hasadının bu tip uygulamalara getirileri arasında, enerji bakımından kendine yeterlilik, erişimi zor yerlerde kullanım olanağı, daha küçük batarya ile ve hatta bataryasız çalışabilen kablosuz birimler sayılabilir. Böyle sistemler, çalışmak için gerekli enerjiyi güneş, termal ya da kinetik enerji gibi yenilenebilir bir enerji kaynağından veya radyo frekansı sinyalleri, yapay ışık vb. gibi insan yapımı bir kaynaktan elde ederler. Enerji hasadı yapılan ağlarla ilgili devre ve cihaz mühendisliği bakımından uzun süredir tasarım ve geliştirmeler yapılıyor olsa da, bu sistemlerin iletişim açısından belirli kısıtlamalarını ele alan çalışmalar ancak son zamanlarda yapılmaya başlanmıştır. Özellikle fiziksel katmanda olmak üzere, önemli zorluklar ve sorunlar aşılmayı beklemektedir. Yukarıdaki zorlukların bazılarıyla mücadele etme isteğiyle, bu tezdeki amacımız enerji hasatlı ve çok-kullanıcılı senaryolar için kapasiteye yaklaşan kodlama şemalarının tasarımı ve analizidir. Bu senaryolar için düşük yoğunluklu parite kontrol (LDPC) kodlarıyla sıralanmış doğrusal olmayan kodlardan yararlanılmıştır. Öncelikle, ortak enerji ve bilgi transferi için özel olarak yeni kod tasarım yaklaşımları çalışılmış, dış LDPC kodlarıyla seri sıralanmış doğrusal olmayan kafes kodlayıcı (NLTC) kullanımı sunulmuş ve dış LDPC kodunun dışsal bilgi transferi (EXIT) analizine dayalı optimizasyonu öncesinde NLTC tasarlamak için uygun bir algoritma geliştirilmiştir. Tasarlanan kodların mevcut noktadan-noktaya (P2P) kodlardan daha iyi başarıma sahip oldukları, zaman değişimli doğrusal kod kullanma alternatifini ve LDPC kodlarının doğrusal olmayan belleksiz eşleyicilerle (NLMM) sıralamasıyla elde edilen referans alternatifini performans açısından geride bıraktıkları görülmüştür. Bu kodlama yöntemi, alıcı kısmında batarya modundaki belleği yok sayan ve bu belleği kafes tabanına dahil eden iki farklı kodçözme varsayımı kullanılarak enerji hasadı kanalı (EHC) için uygulanmıştır. P2P kodlarıyla ve referans şemalarıyla karşılaştırıldığında, yeni tasarlanan kodların tutarlı bir şekilde daha iyi performans sağladığı görülmüştür. Bu kod tasarımı yaklaşımı, hafızasız ayrık girişim kanalları (DMIC) için Han-Kobayashi (HK) kodlama ve çözümleme stratejisi de kullanılarak genişletilmiştir. Sıralanmış kodlama şeması için kararlılık koşulu elde edilmiş ve bu koşul EXIT analizini kullanan dış LDPC kodu tasarlama işleminde kullanılmıştır. Tasarlanan kodların HK alt bölgesinin optimal sınırına yakın oran çiftlerini başardığı ve zaman paylaşımlı tek kullanıcılı kodları geride bıraktığı kanıtlanmıştır. Ayrıca, iki kullanıcılı sönümlenmeli Gauss girişim kanalı için kısa uzunluklu kafes tabanlı kodlar kullanarak kod tasarım prensipleri araştırılmıştır. Sonuç olarak, enerji hasadı yapan vericilere sahip iki kullanıcılı girişim kanalı için açık ve çalıştırılabilir kod tasarlama problemi üzerinde durulmuş, DMIC ve EHC için geliştirilenlere benzer teknikler kullanan bir tasarım yöntemi geliştirilmiştir.