Performance of ieee 802.11af systems under realistic channel conditions

Abstract

As the analog TV broadcasting channels have become less frequently used in the last decade there has been a great interest in these frequency bands for the deployment of regional local and personal area networks. Among them the local area network standard iEEE 802.11af denes PHY and MAC layer implementation of such networks in these unused frequency bands also named television white space (TVWS). According to the standard the systems may use contiguous or non-contiguous channels during their operation depending on the channel availability. Unlike perfectly known channel condition of iEEE 802.11af based systems used in the literature we investigate in detail the performance of different operation modes of these systems under realistic channel conditions. Accordingly we implement and compare the performances of perfectly known channel linear minimum mean-square error (LMMSE) estimator and a matching pursuit (MP) based channel estimator. MP based estimator being the more practical estimator compared to the others we assess how its performance approaches the other methods. According to simulation results MP-based channel estimation performance is found to be only 1-2 dB inferior compared to LMMSE-based estimation with known delays in low and medium SNR regions. Also the efects of guard interval rate channel resolution and separation of in-between bands in non-contiguous modes are tested in different scenarios. The results of thesis are important for practical implementation of iEEE 802.11af based systems.

Analog televizyon yayın kanallarının son 10 yılda daha az sıklıkla kullanılması, bölgesel yerle¸ isimlerinde bu frekans bantlarına büyük ilgi oluşturdu. Bunlar arasında, yerel ağ standardı IEEE 802.11af bu tip kullanılmayan frekans bantları i¸cin, bir başka ismiyle televizyon beyaz boşlukları için fiziksel ve ortam eri¸sim kontrollü katmanlarını tanımlar. Standarda göre sistemler, biti¸sik veya biti¸sik olmayan bantları kanal durumuna göre kullanabilir. Literatürdeki mükkemmel bilinen kanal koşullarındaki IEEE 802.11af tabanlı sistemlerin aksine, bu tezde gerçek kanal koşulları altında, farklı operasyon modları ayrıntılı incelenmiştir. Buna göre, mükemmel bilinen kanalı, doğrusal minimum ortalama karesel-hata kestirimini ve uyumlu arayış algoritmasını uyguladık ve karşılaştırdık. Uyumlu arayış algoritması tabanlı kestirim, diğerine kıyasla daha pratiktir. Bu algoritmanın performansının, diğer metodlara nasıl yaklaştığı değelendirilmiştir. Simülasyon sonuçlarına göre, uyumlu arayış algoritması, kanal gecikmesi bilinen doğrusal minimum ortalama karesel-hata kestirim algoritmasıyla karşılaştırıldığında, düşük ve orta işaret-g¨ur¨ult¨u-oranı bölgelerinde, yalnızca 1-2 dB performans kaybı yaşamaktadır. Bu çalışmada ayrıca koruyucu aralık oranı, kanal çözünürlülüğü ve ayrık bantların arasındaki uzaklık gibi parametreler, farklı senaryolar altında test edilmiştir. Tezin sonuçları IEEE 802.11af tabanlı sistemlerin pratik kurulumu için önemlidir.