Simülasyon Parametreleri ve Metodoloji 115 

Bu tez çalışmasında, performans ölçütü olarak çeşitli karşılaştırma ve iyileştirme parametreleri ele alınmıştır. Sistem performansı ve maliyet analizi başlıkları altında, Bölüm 3 ve Bölüm 4’te bahsedilen algoritmalar karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Bu bölümlerde, belirtilen performans ölçütü cinsinden hangi algoritmanın daha iyi performans sergilediği verilmiştir. İyileştirme parametreleri ise algoritmik parametrelerin etkisi başlığı altında ele alınmıştır. Bu bölümde, incelenen algoritmanın performansının artırması ve muhtemel değişkenlerin genel sistem üzerine etkisi incelenmiştir.

Sistem performansının ele alındığı bölümde ilk olarak bloklanma oranı incelenmiştir. Bloklanma oranı, gelen toplam veri transfer isteklerinden kaç tanesine uygun OVSF kanallama kodunun tahsis edilip, kaç tanesinin reddedildiği bilgisini verir. Daha sonra spektral verimlilik ele alınmıştır. Spektral verimlilik, ihtiyaç duyulan toplam veri transfer hızı isteğinin ne kadarının tahsis edilip, ne kadarının tahsis edilemediği bilgisini verir. Bloklanma oranı kişi sayısı üzerinden ifade edilirken, spektral verimlilik veri transfer hızı büyüklüğü cinsinden ifade edilmektedir. Çağrı model etkisinde ise, OVSF kod ağacının daha önceden belirlenmiş olasılıklara sahip farklı çağrı modelleri altında tepkisi incelenmiştir.

Algoritmik parametreler başlığı altında ise her algoritmaya özgü çeşitli parametreler ele alınmıştır. Kod sınırlı algoritmalar için farklı seçim, çaprazlama ve mutasyon teknikleri, farklı çaprazlama ve mutasyon oranları, soğutma çizelgesindeki her bir parametre değişiminin sistem performansı üzerindeki etkileri ele alınmıştır. SIR sınırlı algoritmalar için ise farklı AAA topolojileri, farklı anten sayıları, anten elemanları arasındaki mesafe, açısal yayılımdaki değişim ve farklı DL ışıma örüntüsü algoritmalarının sisteme etkileri incelenmiştir.

Maliyet analizi bölümünde ise, kod sınırlı yapıdaki tekrarlamalı algoritmaların her bir iterasyondaki toplam toplama ve çarpma işlemi sayıları hesaplanmıştır.

5.2.1. Simülasyon parametreleri

Simülasyonlarda kullanılan parametreler; OVSF ile ilgili, kod sınırlı algoritmalar ile ilgili ve SIR sınırlı algoritmalar ile ilgili parametreler olarak sınıflandırılmıştır.

İlk olarak OVSF ile ilgili parametrelerde; çağrı gelme işleminin ortalama geliş oranı λ, 4 ile 64 arama/birim zaman olarak değişen Poisson dağılımı ile çağrının hatta kalma süresi, 0.25 birim zaman ortalama değerli Exponentially dağılım ile modellenmiştir. Maksimum yayılım faktörü (SF) 256 olarak alınmıştır. Çağrı talebinde bulunan mobil kullanıcının veri transfer hızı, R ile SF×R arasında rasgele olarak değişmektedir.

Kod sınırlı algoritmalar ile ilgili parametrelerde; GA için kromozom gösterimi tamsayıdır. Popülasyon büyüklüğü mevcut trafik yoğunluğuna bağlı olarak değişmektedir. Ortamdaki aktif kullanıcıların sayısı ve onların veri transfer hızları popülasyon büyüklüğünü vermektedir. Ayrıca rulet tekerleği, tek noktalı çaprazlama ve yer değiştirme teknikleri sırasıyla seçim, çaprazlama ve mutasyon operatörleri olarak kullanılmıştır. Çaprazlama (pc) ve mutasyon (pm) oranları, sırasıyla 0.8 ve 0.2 olarak ele alınmıştır. SA için başlangıç sıcaklığı olarak 0.9 seçilmiştir, son sıcaklık değeri ise 0.1’dir. Yerdeğiştirme ve ötelemeli olmak üzere iki komşuluk hareketi uygulanmıştır. Soğutma çizelgeleri olarak da orantısal azalımlı (proportional decreasement) ve Lundy & Mees soğutma çizelgeleri kullanılmıştır. Dış döngü için belirlenen maksimum iterasyon sayısı 1000’dir. İç döngü de beş defa tekrarlanacaktır. ASAGA için tanımlanan parametreler GA ve SA için tanımlananlar ile aynıdır.

SIR sınırlı algoritmalar ile ilgili parametrelerde ise iki katmanlı CDMA hücresel ağ yapısı kullanılmıştır. Kullanıcılar, tüm hücre için düzgün dağılımlı olarak konumlandırılmıştır. En kötü senaryo için kullanıcı hücreler arası birleşim noktasında alınmaktadır. Bir hücre içinde tüm sınıflardan belli sayılarda kullanıcılar bulunmaktadır. Bu kullanıcılar, ULA anten dizisi için [30o-150o] açı aralığı içinde, UCA anten dizisi için [0o-360o] açı aralığı içinde dağılmışlardır. Gürültü seviyesi istenilir kullanıcıya göre 10 dB daha aşağıda modellenmiştir. Her kullanıcı için hücre

içinde daha önceden belirlenmiş sayıda çoklu yol açısı vardır. Bu açılar, Δθ açısal yayılımı içinde sınırlandırılmışlardır. Aktiflik oranı, 0.1 olarak alınmıştır.

5.2.2. Simülasyon metodolojisi

Tüm kod sınırlı ve SIR sınırlı algoritmalarda; ortalama çağrı gelme oranları, çağrının hatta kalma süresi, veri transfer hızı dağılımı ve maksimum yayılım faktörü değerleri her simülasyonda belirtilen özelliklere göre giriş parametresi olarak verilmiştir. OVSF kod tahsisi yapılan ve yapılamayan (bloklanan) mobil kullanıcıların sayısı, onların veri transfer hızları, yer değiştirme sonucu kod tahsisi yapılan kullanıcıların sayısı ve veri transfer hızları matris formunda saklanmaktadır. Simülasyonlar, aynı giriş parametreleri için 10 defa tekrarlanmıştır. Elde edilen sonuçlar, bu 10 ayrı simülasyonun ortalaması alınarak elde edilmiştir.

5.2.2.1. Kod sınırlı algoritmalar için simülasyon metodolojisi

Kod sınırlı algoritmalar için simülasyonlar, 10000 kullanıcının kod tahsis talebinde bulunması ile sınırlanmıştır. Her bir simülasyon, aynı giriş parametreleri için 10 defa ayrı ayrı gerçekleştirilmiştir. Burada verilen sonuçlar, bu simülasyonlardan elde edilen sonuçların ortalama değeridir. Her bir simülasyon için aşağıdaki adımlar uygulanmıştır.

• Çağrı talebi geldiğinde ilk olarak, sistem kapasitesi kontrol edilir. Eğer kapasite yeterli ise, ihtiyaç duyulan veri transfer hızını karşılayabilecek OVSF kanallama kodu, ilgili katmanda kullanılmayan kodlar arasında araştırılır. Uygun kod varsa tahsis edilir.

• OVSF kod ağacının yeterli kapasiteye sahip ancak ihtiyaç duyulan veri transfer hızına uygun OVSF kanallama kodu olmadığı durumda çağrı gerçekleştirilemiyorsa, kod sınırlı algoritmalar devreye girer. OVSF kod ağacının kapasitesi yeterli değilse de çağrı bloklanır.

• Kod sınırlı algoritmalar, veri transfer hızı talebinde bulunan kullanıcıya ihtiyacı olan OVSF kanallama kodunu en düşük maliyet ile tahsis etmeye çalışır.

5.2.2.2. SIR sınırlı algoritmalar için simülasyon metodolojisi

SIR sınırlı algoritmalarda, hücreiçi parazit ve hücrelerarası parazite neden olan kullanıcıların hücredeki dağılımlarından dolayı analizini sağlıklı yapabilmek için, simülasyonlar (farklı anten dizi topolojileri, anten dizisi elemanlar arası mesafe, açısal yayılım, ışıma örüntüsü algoritmaları) Monte Carlo simülasyon modeli ile iyileştirilmiştir. Sistemde farklı veri transfer hızlarına ait rasgele sayıda kullanıcı bulunmaktadır. Gürültü seviyesi, her sınıftaki istenilir sinyal bileşenlerinden 10 dB daha düşüktür. İhtiyaç duyulan [Eb/(N0+I0)] seviyeleri, literatürce belirlenmiş olan

standartlara uygun olarak belirlenmiştir. Anten sayısı 1 olduğunda (m=1) sistem adaptiflikten çıkar ve yönsüz anten sistemi halini alır. Simülasyonlar 10000 kullanıcının kod tahsis talebinde bulunması ile sınırlandırılmıştır. Her bir simülasyon 10 defa ayrı ayrı gerçekleştirilmiş olup, elde edilen sonuçlar bu değerlerin ortalamasıdır. Her bir simülasyon için aşağıdaki adımlar uygulanmıştır.

• Çağrı talebi geldiğinde ilk olarak, sistem kapasitesi kontrol edilir. Eğer kapasite yeterli ise, ihtiyaç duyulan veri transfer hızını karşılayabilecek OVSF kanallama kodu, ilgili katmanda kullanılmayan kodlar arasında araştırılır. Uygun kod varsa tahsis edilir.

• OVSF kod ağacının yeterli kapasiteye sahip olmamasından dolayı ya da ihtiyaç duyulan veri transfer hızına uygun OVSF kanallama kodunun bulunmamasından dolayı çağrı gerçekleştirilemiyorsa, algoritmanın DL ışıma örüntüsü vektör kod arama kısmı icra edilir. Bu kısımda ihtiyaç duyulan OVSF kanallama kodunu ortak kullanmak için yeni kullanıcının kanal vektörü (ayeni) ile minimum ilintiye

sahip DL ışıma örüntüsünü (bk) kullanan aktif kullanıcıların, OVSF kodu

araştırılır.

• En uygun ışıma örüntüsüne ait kullanıcıyı belirlemek için;

ƒ İstenilir kullanıcının uzaysal konumu (DOA açısı) düzgün dağılımlı rasgele değişkenle modellenmiş istenilir kullanıcının uzaysal konumu (DOA açısı)

belirlenir. Parazit analizi için en kötü senaryo durumunda kullanıcıların hücrelerin birleşim noktasında yani bir hücrenin kenarında bulunduğu varsayılır. İstenilir kullanıcıya ait DOA açıları, ULA anten topolojisi için [30o-150o] açı aralığında, UCA anten topolojisi için [0o-360o] açı aralığında belirlenir.

ƒ İstenilir kullanıcıya ait DOA açısı belirlendikten sonra, dış hücrelerde (iki katmanlı CDMA hücresel ağı kullanılmış ve toplam 18 tane dış hücre göz önünde bulundurulmuştur) istenilir kullanıcı ile aynı frekans aralığını kullanan parazit kullanıcılardan kaynaklanan etkiyi belirlemek için onlara ait DL-DOA açıları (istenilir+çoklu yol) belirlenir. Dış hücrelerin DL-DOA açıları da düzgün dağılımlı rasgele değişken modeli ile belirlenmiştir. Bu açıların nasıl elde edileceği Ek-B’de ele alınmıştır.

ƒ İstenilir kullanıcıya ait DOA bilgisi ile DL yönünde belirtilen açısal yayılım çerçevesinde (Δθ) çoklu yol açıları verilmiştir. Simülasyonlarda, tüm sınıflara ait kullanıcıların çoklu yolların sayısı Fo=Fk=3 olarak seçilmiştir. Çoklu yol etkisinin göz ardı edildiği simülasyonlarda da Fo=Fk=1 olarak belirlenmiştir. ƒ Baz istasyonundan istenilir kullanıcıya doğru, iki katmanlı 19 hücreli CDMA ağ

yapısında, kullanıcıya ait DL zayıflama katsayıları ve çoklu yol DL-DOA açıları kullanılarak kanal vektörü belirlenir. Bundan dolayı zayıflama katsayısını belirlemek için 57 adet (K+1×F≡19×3) rasgele değişken belirlenir. Bu değişkenler, standart sapması 10dB olan Rayleigh rasgele değişken modeli ile belirlenmiştir. Zayıflama katsayıları çoklu yol etkisinin göz ardı edildiği durumda 19 adet rasgele değişkenden oluşmaktadır.

ƒ Bölüm 4’te verilen DL ışıma örüntüsü algoritmaları kullanılarak her sınıftaki istenilir kullanıcılar için DL iletim ağırlık vektörü belirlenmiştir. DL zayıflamalar hakkında ön bilgi sahibi olmadığımız için UL zayıflama katsayıları kullanılarak bu değerler bağımsız olarak üretilmiştir. Daha önce de ifade edildiği gibi UL ve DL zayıflamaları birbiri ile ilintisiz olduğundan çoklu yolların şiddetleri cinsinden aynı davranış korunur.

ƒ İstenilir kullanıcı, hücredeki kullanıcı yoğunluğu ve dış hücrelerden gelen kullanıcılar dikkate alınarak, istenilir kullanıcının çoklu yollarından kaynaklanan iç parazit, hücreiçi parazit ve hücrelerarası parazit değerleri ilgili denklemler kullanılarak sayısal değerler halinde belirlenir.

ƒ Son olarak sistem çıkış gücü, çoklu yol etkisinin incelendiği durum için 4.27 no’lu denkleme göre, çoklu yol etkisinin göz ardı edildiği durum için 4.37 no’lu denkleme göre belirlenmiştir.

Sistem çıkış gücü, literatür tarafından belirlenmiş eşik seviyesinin üstünde ise aynı kod birden fazla kullanıcıya ortak kullanım için tahsis edilir. Aksi halde diğer kullanıcının kodunun ortak kullanımı için bu analiz tekrar yapılır. Eğer hiçbir kullanıcının kodunu ortak kullanacak şekilde çıkış gücü sağlanamıyorsa bu durumda veri transfer isteğinde bulunan kullanıcının kod tahsis talebi reddedilir ve çağrı blok olur.