Τεχνικές Διαχείρισης Ραδιοπόρων Σε Συστήματα Ofdma Με Χρήση Πολλαπλών Κεραιών Στο Σταθμό Βάσης Και Στη Συσκευή Του Χρήστη

Abstract

Οι εξελίξεις στο χώρο των ασύρματων επικοινωνιών τα τελευταία είκοσι χρόνια υπήρξαν ραγδαίες. Το πεδίο των ασύρματων επικοινωνιών, κυρίως σε ερευνητικό επίπεδο, διασπάστηκε γρήγορα σε επιμέρους τομείς για να γίνει δυνατή η μελέτη του. Η παρούσα διδακτορική διατριβή εντάσσεται στο τμήμα αυτό της ερευνητικής δραστηριότητας που μελετά συστήματα εξυπηρέτησης κινητών χρηστών στα πλαίσια κυψελωτών δικτύων. Αντικείμενο της διατριβής αποτελεί η μελέτη επίδοσης OFDMA δικτύων σε συνδυασμό με τους αλγόριθμους κατανομής πόρων που εφαρμόζουν. Η επίδοση των δικτύων ελέγχεται όταν οι σταθμοί βάσης χρησιμοποιούν τεχνικές στοιχειοκεραίας είτε ανεξάρτητα, είτε σε συνδυασμό με στοιχειοκεραία στη συσκευή του χρήστη. Εξετάζονται έξι αλγόριθμοι ανάθεσης φερόντων κλιμακούμενης δυσκολίας ενώ εξετάζεται και η συνδυαστική εφαρμογή τους με την τεχνική της προσαρμοστικής διαμόρφωσης η οποία αποτελεί συχνό γνώρισμα των OFDMA συστημάτων. Προτείνεται αλγόριθμος κατανομής φερόντων με βαθμό επαναχρησιμοποίησης ένα, που στηρίζεται στην τεχνική της διάσπασης κυψέλης (cell splitting) και παρουσιάζει βελτιωμένη επίδοση συγκριτικά με τις ήδη χρησιμοποιούμενες τεχνικές, χωρίς ωστόσο να αυξάνει την πολυπλοκότητα. Αρχικά τεχνικές στοιχειοκεραίας εφαρμόζονται στο σταθμό βάσης. Μελετάται η επίδοση OFDMA δικτύων με εφαρμογή σταθερού πλέγματος λοβών (switched-beam smart antennas system), με ή χωρίς προσαρμοστική διαμόρφωση. Πραγματοποιείται μελέτη για το κατάλληλο μήκος καναλιού που πρέπει να αποδίδει το δίκτυο στους χρήστες του όταν αιτούν διαφορετικού ρυθμού υπηρεσία και το σύστημα χρησιμοποιεί την τεχνική της προσαρμοστικής διαμόρφωσης. Σε δεύτερο στάδιο η στοιχειοκεραία του σταθμού βάσης χρησιμοποιείται στα πλαίσια της τεχνικής της τυχαίας διαμόρφωσης δέσμης (random beamforming). Εδώ το δίκτυο προσπαθεί να εκμεταλλευτεί το κέρδος διαφορισμού λόγω πολλαπλών χρηστών (multiuser diversity gain) προκαλώντας μεγαλύτερες διακυμάνσεις στο κανάλι τους. Τέλος, προσομοιώνεται η ζεύξη του OFDM συστήματος που χρησιμοποιήθηκε στην προηγούμενη μελέτη. Με αυτό τον τρόπο προκύπτουν οι ακριβείς τιμές SNR-SER για τις συγκεκριμένες παραμέτρους του OFDM συστήματος, αλλά και για συγκεκριμένo μοντέλο καναλιού που λαμβάνει υπόψη του μικροσκοπικές διαλείψεις. Η ζεύξη τροποποιείται κατάλληλα ώστε να προσομοιωθούν τεχνικές κωδικοποίησης ΜΙΜΟ για δύο και τέσσερα στοιχεία στον πομπό και για δύο στοιχεία στο δέκτη. Οι τεχνικές ΜΙΜΟ που επιλέχθηκαν αποτελούν εκτεταμένα μιγαδικά σχήματα που στηρίζονται στο βασικό σχήμα του Alamouti. Τα αποτελέσματα της προσομοίωσης της ζεύξης χρησιμοποιήθηκαν στην προσομοίωση πολυκυψελωτού OFDMA δικτύου. Με αυτόν τον τρόπο μελετήθηκε η επίδοση δικτύων OFDMA που έχουν τη δυνατότητα εκμετάλλευσης στοιχειοκεραίας σε πομπό και δέκτη.