Τεχνικές Πολλαπλών Κεραιών (mimo) Και Συνεργατικής Διαφορικότητας Σε Ασύρματες Επικοινωνίες

Abstract

Αντικείμενο της παρούσας Διατριβής είναι οι τεχνικές διαφορικότητας στις ασύρματες επικοινωνίες και πιο συγκεκριμένα οι τεχνικές διαφορικής λήψης και εκπομπής, οι τεχνικές πολλαπλών εισόδων πολλαπλών εξόδων (MIMO) και οι τεχνικές συνεργατικής διαφορικότητας. Στην παρούσα Διατριβή καλύπτονται θέματα και τεχνικές που αφορούν την επίδοση των συστημάτων διαφορικότητας στην διάδοση με συσχετισμένα λογαριθμοκανονικά κανάλια καθώς και στην διάδοση ελευθέρου χώρου. Επίσης προτείνονται τεχνικές βελτιστοποίησης της πολυπλοκότητας δεκτών σε τηλεπικοινωνιακά συστήματα πολλαπλών κεραιών. Στο κεφάλαιο 1 της Διατριβής παρουσιάζονται νέες μαθηματικές εκφράσεις σημαντικών παραμέτρων που χαρακτηρίζουν την επίδοση τεχνικών διαφορικής λήψης σε κανάλια με συσχετισμένες λογαριθμοκανονικές διαλείψεις. Πιο συγκεκριμένα, προτείνονται μαθηματικές εκφράσεις της πιθανότητας αποκοπής και της συνάρτησης πυκνότητας πιθανότητας του τελικού σηματοθορυβικού λόγου της διαφορικής λήψης, της ροπογεννήτριας συνάρτησης και της μέσης τιμής του λογαρίθμου του αθροίσματος δύο συσχετισμένων λογαριθμοκανονικών μεταβλητών, και της εργοδικής χωρητικότητας και της μέσης πιθανότητας σφάλματος ψηφίου ενός δέκτη με δύο κλάδους διαφορικότητας με συσχετισμένες λογαριθμοκανονικές διαλείψεις. Τέλος προτείνεται μια ερμηνεία της συσχέτισης ως αύξηση στις λογαριθμοκανονικές μεταβλητότητες ενός ισοδύναμου συστήματος με δύο ασυσχέτιστους κλάδους διαφορικότητας. Στο κεφάλαιο 2 της Διατριβής εξετάζεται η περίπτωση ενός συστήματος συνεργατικής διαφορικότητας με επαναλήπτη. Προτείνονται αναλυτικοί τύποι οι οποίοι περιγράφουν την ολική πιθανότητα αποκοπής ενός συνεργατικού συστήματος σε κανάλια με συσχετισμένες λογαριθμοκανονικές διαλείψεις. Επίσης περιγράφεται αναλυτικά η αποδοτικότητα της συνεργασίας, σε σύγκριση με συστήματα μη συνεργασίας, μέσω της μελέτης της επίπτωσης του τρόπου πολλαπλής πρόσβασης των συνεργαζόμενων κόμβων στο μέσο αλλά και μέσω της μελέτης της συνολικής χρησιμοποιούμενης ενέργειας εκπομπής από το συνεργατικό σύστημα.Στο κεφάλαιο 3 της Διατριβής αναλύεται η επίδοση των τεχνικών πολλαπλών κεραιών σε περιβάλλοντα απόλυτης οπτικής ζεύξης, όπου δεν εμφανίζονται φαινόμενα όπως η πολλαπλή σκέδαση. Η παρεχόμενη ανάλυση αφορά στοιχειοκεραίες με τυχαίο προσανατολισμό και κατευθυντικά στοιχεία. Τέλος διερευνάται η καταλληλότητα των τεχνικών ΜΙΜΟ κατά τη διάδοση στις χιλιοστομετρικές συχνότητες συναρτήσει της απόστασης της ζεύξης καθώς και της απόστασης μεταξύ των στοιχείων κάθε κεραίας.Στο κεφάλαιο 4 της Διατριβής παρουσιάζεται το πρόβλημα του σχεδιασμού της αλυσίδας επεξεργασίας τυπικών δεκτών MIMO-OFDM λαμβάνοντας υπόψη το ρυθμό επεξεργασίας και το ρυθμό της άφιξης των προς-επεξεργασία δεδομένων. Στη συνέχεια, λαμβάνοντας υπόψη τη δομή των πακέτων επικοινωνίας, προτείνονται συγκεκριμένοι αλγόριθμοι προ-επεξεργασίας MIMO οι οποίοι παρέχουν βελτιστοποιήσεις στη συνολική πολυπλοκότητα του δέκτη.