Δυναμικά Στοχαστικά Μοντέλα Καναλιού Για Δορυφορικά Και Ασύρματα Δίκτυα Επικοινωνιών Με Χρήση Πολυδιάστατων Στοχαστικών Διαφορικών Εξισώσεων

Abstract

Αντικείμενο της διατριβής είναι η ανάπτυξη και εφαρμογή στοχαστικών μοντέλων στην μοντελοποίηση του φυσικού στρώματος σε ασύρματα επικοινωνιακά συστήματα μέσω της χρήσης πολυδιάστατων στοχαστικών διαφορικών εξισώσεων (ΣΔΕ). Ειδικότερα αντικείμενα της διατριβής αποτελούν η δυναμική στατιστική μελέτη και πρόβλεψη της απόσβεσης λόγω βροχής σε δορυφορικά συστήματα σε συχνότητες άνω των 10GHz, η δυναμική στατιστική μελέτη και η εκτίμηση της απόσβεσης με κλιμάκωση συχνότητας (frequency scaling) με εφαρμογές σε συστήματα ελέγχου ισχύος στην άνω ζεύξη και η δυναμική στατιστική μελέτη και η πρόβλεψη του φαινόμενου της σκίασης (shadowing) σε ασύρματα δίκτυα.Στο πρώτο μέρος της διατριβής που αποτελείται από τα πρώτα τρία κεφάλαια παρέχεται μια εισαγωγική περιγραφή των σύγχρονων ασύρματων δικτύων, της επίδρασης του ραδιοδιαύλου και των σύγχρονων τεχνικών άμβλυνσης των διαλείψεων. Τα κυρίως αποτελέσματα της έρευνας της διατριβής παρουσιάζονται στο δεύτερο μέρος. Στο κεφ. 4 παρουσιάζεται νέο πολυδιάστατο δυναμικό στοχαστικό μοντέλο για την μοντελοποίηση της απόσβεσης λόγω βροχής σε πολλαπλές δορυφορικές ζεύξεις. Το μοντέλο λαμβάνει υπόψη του τη χωρική και χρονική διακύμανση της απόσβεσης. Είναι ένα συνεχές στοχαστικό δυναμικό μοντέλο, που μπορεί να θεωρηθεί ως η γενίκευση του γνωστού μοντέλου Maseng-Bakken σε διάσταση και βασίζεται σε ένα σύστημα στοχαστικών διαφορικών εξισώσεων (ΣΔΕ). Αποτελεί εκτός από ένα χρήσιμο εργαλείο αναπαραγωγής συσχετισμένων χρονοσειρών απόσβεσης λόγω βροχής σε ζεύξεις, ένα γενικότερο θεωρητικό πλαίσιο για τον αναλυτικό υπολογισμό διάφορων χρήσιμων στατιστικών χαρακτηριστικών (πιθανότητες μετάβασης, διάρκεια διαλείψεων, φασματική περιγραφή). Στο κεφ. 5 παρουσιάζεται ένα νέο δυναμικό μοντέλο για την πρόβλεψη της απόσβεσης σε μια υψηλότερη συχνότητα, δεδομένης της απόσβεσης λόγω βροχής σε χαμηλότερη συχνότητα. Το νέο αυτό δυναμικό μοντέλο επιτρέπει τη δυναμική μοντελοποίηση της μεθόδου κλιμάκωσης συχνότητας (frequency scaling), καλύπτοντας ένα κενό στη βιβλιογραφία. Η μοντελοποίηση γίνεται με χρήση ΣΔΕ και άμεση εφαρμογή του μοντέλου αποτελεί ένα σχήμα ελέγχου της ισχύος της άνω ζεύξης (Uplink Power Control) σε ένα δορυφορικό σύστημα. Στο κεφ. 6 παρουσιάζεται ένα νέο δυναμικό μοντέλο για μελέτη και η πρόβλεψη του φαινόμενου της σκίασης σε ασύρματα δίκτυα με χρήση ΣΔΕ. Το μοντέλο είναι σε θέση να αναπαραγάγει τη χρονική μεταβολή του φαινομένου της σκίασης σε πολλούς χρήστες λαμβάνοντας υπόψη τόσο τα στάσιμα στατιστικά χαρακτηριστικά της σκίασης όσο και τη χωρο-χρονική συσχέτιση του φαινομένου. Πρόσθετα στην περίπτωση του -διάστατου δυναμικού μοντέλου της σκίασης παρουσιάζεται μια νέα μέθοδος μελέτης της διάρκειας των διαλείψεων με χρήση μεθόδων τμήσης στάθμης διανυσματικών ανελίξεων. Η διατριβή ολοκληρώνεται με προτάσεις για την περαιτέρω συνέχιση της έρευνας.