Επιδραση Των Συστηματων Πολλαπλων Κεραιων Στον Σχεδιασμο Ασυρματων Δικτυων Wimax

Abstract

Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη των πλεονεκτημάτων που εισάγονται από την χρήση των συστημάτων πολλαπλών κεραιών στα νεας γενιάς ασύρματα ευρυζωνικά δίκτυα όπως το WiMAX, το οποίο βασίζεται στο πρότυπο IEEE 802.16e. Βασικό αντικείμενο είναι ο συσχετισμός των βελτιωμένων επιδόσεων με τις διαδικασίες σχεδιασμού ραδιοδικτύων, καθώς αναμένεται ότι η αναθεώρηση των παραδοσιακών διαδικασιών θα κριθεί απαραίτητη. O σχεδιασμός του ραδιοστρώματος των συστημάτων πολλαπλών κεραιών μπορεί να επιδράσει θετικά στο κέρδος και την χωρητικότητα του συστήματος. Το αυξημένο κέρδος, επιτρέπει την επίτευξη κυψελών με μεγαλύτερη ακτίνα κάλυψης, κάτι που επιτυγχάνεται με χρήση συστημάτων χωροκρονικών κωδικών ή συστημάτων ευφυϊών κεραιών. Σε αστικές περιοχές όπου η πυκνότητα των συνδρομητών είναι αυξημένη, με την μετάβαση σε χωρική πολυπλεξία είναι δυνατό να πολλαπλασιαστεί η χωρητικότητα του δικτύου. Η απόκλιση μεταξύ των αποτελεσμάτων των εργαστηριακών μελετών ή των προσομοιώσεων με τις επιδόσεις των πραγματικών δικτύων οφείλεται στην παρουσία παρεμβολών απο την χρήση κοινού ραδιοδιαύλου από πολλούς σταθμούς βάσης. Με την χρήση προηγμένου λογισμικού για τον σχεδιασμό των ραδιοδικτύων, είναι δυνατή η προσομοίωση της συμπεριφοράς ενός πραγματικού δικτύου ώστε να μελετηθούν με μεγαλύτερη ακρίβεια οι επιδόσεις των συστημάτων πολλαπλών κεραιών.Κατα την ανάλυση που πραγματοποιήθηκε με το λογισμικό σχεδιασμου ραδιοδικτύων ICS Telecom nG, βρέθηκε οτι τα συστήματα MIMO χωροχρονικών κωδικών είναι σε θέση να επιτύχουν αυξημένη κάλυψη σε συνδιασμό με βελτιωμένη φασματική απόδοση. Τα συστήματα ευφυϊών κεραιών, τα οποία συγκεντρώνουν περισσότερα πλεονεκτήματα, παρουσιάζουν βελτιωμένες δυνατότητες κάλυψης ενώ συγχρόνως παρατηρήθηκε μεγιστοποιήση της φασματικής αποδοτικότητας.Η παρούσα μελέτη είναι διαρθωμένη σε τρια μέρη: Στο πρώτο μέρος, παρουσιάζονται οι βασικές αρχές του προτύπου ΙΕΕΕ 802.16e με ιδιαίτερη έμφαση σε ό,τι αφορά τις τεχνικές και τους αλγορίθμους υλοποίησης συστημάτων πολλαπλών κεραιών. Στο δεύτερο μέρος, παρουσιάζονται τα οφέλη απο τη χρήσης των συστημάτων πολλαπλών κεραιών σύμφωνα με την υπάρχουσα βιβλιογραφία και με τις προδιαγραφές των προϊόντων που υπάρχουν στην αγορά. Ενω το τρίτο και τελευταίο μέρος της μελέτης εστιάζει στην προσωμοίωση των συστημάτων πολλαπλών κεραιών με την χρήση του λογισμικού σχεδιασμού ραδιοδικτυων ICS Telecom nG.The main scope of this study is to identify and quantify the advantages that emerge from the utilization of Advanced Antenna Systems (AAS) in next generation broadband wireless networks such as WiMAX based on IEEE 802.16e standard. The analysis of AAS techniques and algorithms is concentrated mainly on those included within the IEEE 802.16e standard. An important objective is to relate the performance enhancements by AAS with the RF planning procedures. It is expected that AAS will impose changes on the traditional RF planning methodologies, as the air-interface operational flexibility presented in WiMAX systems requires more detailed studies.The RF configuration of AAS may provide benefits in system gain and/or system capacity. The higher system gain allows WiMAX cells to achieve greater operational ranges, and this can be achieved by using Beam-forming and MIMO Matrix-A technologies. In urban areas where the high subscriber density imposes higher cell capacities, AAS can switch to MIMO Matrix-B to ideally expand the cell capacity. A great differentiation between lab tests and simulations and the performance of real networks, is the appearance of co-channel interference due to frequency re-use. Through the use of advanced RF planning software the advantages and capabilities of AAS technologies are investigated through the perspective of a real network.Based on the analysis performed with ICS Telecom nG RF planning software, Matrix-A systems, which benefit from high system gain and satisfactory interference rejection capabilities, are capable to achieve high coverage performance and at the same time improve the spectral efficiency of the network. Beam-forming systems, which are the most beneficial among the systems simulated, experience higher system gain resulting in extended coverage, while at the same time the spectral efficiency is maximized through the significant interference rejection during the traffic transmission.The thesis is separated into three sections: In the first part, the basic technical characteristics of IEEE 802.16e standard are presented with emphasis on the AAS techniques and algorithms. The second part provides an analysis of the AAS performance based on bibliographical resources and product specifications. The analysis is focused on the enhancements in system gain, capacity and interference mitigation. The final part of this thesis focuses on the simulation of the AAS technologies with the ICS Telecom nG RF planning software.