Τεχνικές προκωδικοποίησης συστημάτων ΜΙΜΟ βασισμένες σε οικονομική αναπαράσταση καναλιών
Τα τελευταία χρόνια και κυρίως μετά το 1996 έχει παρουσιαστεί ένα έντονο ενδιαφέρον γύρω από τα ασύρματα συστήματα MIMO (Συστήματα Πολλών Εισόδων και Πολλών Εξόδων). Η βασική αιτία που δημιούργησε αυτό το ενδιαφέρον ήταν η θεωρητική ανάλυση της χωρητικότητας που επιτυγχάνεται με τη χρήση πολλαπλών κ...
| Κύριος συγγραφέας: | |
|---|---|
| Άλλοι συγγραφείς: | |
| Μορφή: | Thesis |
| Γλώσσα: | Greek |
| Έκδοση: |
2008
|
| Θέματα: | |
| Διαθέσιμο Online: | http://nemertes.lis.upatras.gr/jspui/handle/10889/1030 |
| id |
nemertes-10889-1030 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| institution |
UPatras |
| collection |
Nemertes |
| language |
Greek |
| topic |
Συστήματα MIMO Συχνοτικά επιλεκτικά κανάλια Προκωδικοποίηση Προκωδικοποίηση με περιορισμούς ισχύος Παραμετρική προκωδικοποίηση Wireless MIMO systems Frequency selective channels Precoding Precoding with power constraint Parametric precoding 004.36 |
| spellingShingle |
Συστήματα MIMO Συχνοτικά επιλεκτικά κανάλια Προκωδικοποίηση Προκωδικοποίηση με περιορισμούς ισχύος Παραμετρική προκωδικοποίηση Wireless MIMO systems Frequency selective channels Precoding Precoding with power constraint Parametric precoding 004.36 Σταυρίδης, Αθανάσιος Τεχνικές προκωδικοποίησης συστημάτων ΜΙΜΟ βασισμένες σε οικονομική αναπαράσταση καναλιών |
| description |
Τα τελευταία χρόνια και κυρίως μετά το 1996 έχει παρουσιαστεί ένα έντονο ενδιαφέρον γύρω από τα ασύρματα συστήματα MIMO (Συστήματα Πολλών Εισόδων και Πολλών Εξόδων). Η βασική αιτία που δημιούργησε αυτό το ενδιαφέρον ήταν η θεωρητική ανάλυση της χωρητικότητας που επιτυγχάνεται με τη χρήση πολλαπλών κεραιών τόσο στο δέκτη όσο και στον πομπό. Ωστόσο πέρα από την αύξηση της χωρητικότητας τα συστήματα MIMΟ έχουν μια σειρά από επιπλέον πλεονεκτήματα, επιτυγχάνουν ανεκτικότητα στην εξασθένιση, αυξάνουν την φασματική αποδοτικότητα, μειώνουν την κατανάλωση ενέργειας καθώς και το κόστος χρήσης και κατασκευής ασύρματων δικτύων. Έχοντας λάβει υπ’ όψιν τα παραπάνω και έχοντας κάνει ήδη μια αρχική έρευνα στο τι υπάρχει στην επιστημονική βιβλιογραφία γύρω από τα συστήματα MIMO, επιλέξαμε να ασχοληθούμε με την συγκεκριμένη τεχνολογία και πιο συγκεκριμένα με την προ-κωδικοποίηση πομπού, όταν τα κανάλια που διαθέτουμε είναι συχνοτικά επιλεκτικά (frequency selective). Το πρόβλημα που μας απασχόλησε είναι η διερεύνηση τεχνικών κωδικοποίησης των δεδομένων του πομπού, πριν αυτά μεταδοθούν, ούτως ώστε να μπορέσει να απλοποιηθεί η σχεδίαση του δέκτη. Στην περίπτωση των συχνοτικά επιλεκτικών καναλιών πέρα από τον πανταχού παρόντα Γκαουσιανό θόρυβο έχουμε να αντιμετωπίσουμε και τη διασυμβολική παρεμβολή (Intersymbol Interference - ISI) . Στόχος μας είναι να μπορέσουμε να μετατοπίσουμε τη διαδικασία της ισοστάθμισης από το δέκτη στον πομπό, όπου, στην περίπτωση που ο πομπός είναι ένας σταθμός βάσης, η δυνατότητα υλοποίησης πολύπλοκων διεργασιών είναι μεγαλύτερη, τόσο μεγαλύτερης ανοχής στην κατανάλωση ενέργειας όσο κυρίως, και στη δυνατότητα χρήσης πολύπλοκου υλικού. Το πρόβλημα που τίθεται στην περίπτωση που η ισοστάθμιση γίνει στην μεριά του πομπού είναι η ποιότητα και η ποσότητα της γνώσης του πραγματικού καναλιού. Είναι σχεδόν αδύνατο ο πομπός να έχει πλήρη γνώση του πραγματικού καναλιού, με αποτέλεσμα να πρέπει να αρκεστεί σε γνώση, που στην καλύτερη περίπτωση προσεγγίζει αυτή του πραγματικού καναλιού. Επίσης, πολλές φορές, η ποσότητα της γνώσης που μπορεί να αποσταλεί από το δέκτη – όταν δεν ισχύει η αρχή της αμοιβαιότητας (reciprocity) – είναι περιορισμένη. Από τα παραπάνω καταλαβαίνουμε ότι θα είχε ενδιαφέρον η μελέτη τεχνικών που παρουσιάζουν ανοχή στην ποιότητα της γνώσης του καναλιού καθώς και η συμπεριφορά τους όταν αυτές διαθέτουν μερική ή και περιορισμένη γνώση του πραγματικού καναλιού. Ένας από τους τρόπου αντιμετώπισης όταν συναντούνται συχνοτικά επιλεκτικά κανάλια είναι η χρήση του OFDM με όσα αρνητικά αυτό συνεπάγεται (π.χ. η δυσκολία συγχρονισμού πομπού και δέκτη). Ένας άλλος τρόπος αντιμετώπισης, στην περίπτωση μονής φέρουσας (single carrier), είναι η χρήση προκωδικοποιητων Bezout. Επιλέξαμε να ασχοληθούμε με αυτόν τον τύπου προκωδικοποίητων. Πιο συγκεκριμένα, όταν ο αριθμός των κεραιών του πομπού είναι μεγαλύτερος από τον αριθμό των κεραιών του δέκτη, είναι δυνατόν να εφαρμόσουμε την ταυτότητα Bezout (Bezout Identity) στην μεριά του δέκτη. Με απλά λόγια θα εφαρμόσουμε ένα προ-ισοσταθμιστή επιβολής μηδενικών (zero forcing). Όπως είναι αναμενόμενο, μιας και ο προκωδικοποιητής εφαρμόζεται στην μεριά του πομπού, πριν εμφανιστεί ο Γκαουσιανός θόρυβος, δεν έχουμε ενίσχυση αυτού του θορύβου, ωστόσο είναι δυνατόν να έχουμε σημαντική αύξηση της μεταδιδόμενης ισχύος. Για να λυθεί αυτό το πρόβλημα έχει προταθεί στη βιβλιογραφία η σχεδίαση προκωδικοποιητών Bezout με την χρήση περιορισμών ισχύος. Αυτό που εμείς μελετήσαμε στην περίπτωση των προκωδικοποιητών Bezout (ή FIR προκωδικοποιητών), είναι η συμπεριφορά τους στην περίπτωση που ο πομπός διαθέτει πλήρη ή μερική γνώση του καναλιού. Είδαμε την περίπτωση του σχεδιασμού ενός FIR προκωδικοποιητή κάτω από τον περιορισμό ισχύος μετάδοσης μέσω της μεθόδου Tikhonov Regularization, ενός σημαντικού εργαλείου επίλυσης του προβλήματος των ελαχίστων τετραγώνων κάτω από τη δι-κριτήριο διατύπωση. Τέλος, προτείναμε δύο FIR σχεδιασμούς προκωδικοποιητών για την περίπτωση που ο πομπός διαθέτει παραμετρική (στατιστική) περιγραφή του καναλιού. |
| author2 |
Μπερμπερίδης, Κωνσταντίνος |
| author_facet |
Μπερμπερίδης, Κωνσταντίνος Σταυρίδης, Αθανάσιος |
| format |
Thesis |
| author |
Σταυρίδης, Αθανάσιος |
| author_sort |
Σταυρίδης, Αθανάσιος |
| title |
Τεχνικές προκωδικοποίησης συστημάτων ΜΙΜΟ βασισμένες σε οικονομική αναπαράσταση καναλιών |
| title_short |
Τεχνικές προκωδικοποίησης συστημάτων ΜΙΜΟ βασισμένες σε οικονομική αναπαράσταση καναλιών |
| title_full |
Τεχνικές προκωδικοποίησης συστημάτων ΜΙΜΟ βασισμένες σε οικονομική αναπαράσταση καναλιών |
| title_fullStr |
Τεχνικές προκωδικοποίησης συστημάτων ΜΙΜΟ βασισμένες σε οικονομική αναπαράσταση καναλιών |
| title_full_unstemmed |
Τεχνικές προκωδικοποίησης συστημάτων ΜΙΜΟ βασισμένες σε οικονομική αναπαράσταση καναλιών |
| title_sort |
τεχνικές προκωδικοποίησης συστημάτων μιμο βασισμένες σε οικονομική αναπαράσταση καναλιών |
| publishDate |
2008 |
| url |
http://nemertes.lis.upatras.gr/jspui/handle/10889/1030 |
| work_keys_str_mv |
AT stauridēsathanasios technikesprokōdikopoiēsēssystēmatōnmimobasismenesseoikonomikēanaparastasēkanaliōn |
| _version_ |
1771297234876366849 |
| spelling |
nemertes-10889-10302022-09-05T14:00:53Z Τεχνικές προκωδικοποίησης συστημάτων ΜΙΜΟ βασισμένες σε οικονομική αναπαράσταση καναλιών Σταυρίδης, Αθανάσιος Μπερμπερίδης, Κωνσταντίνος Παλιουράς, Βασίλειος Τουμπακάρης, Δημήτριος Μπερμπερίδης, Κωνσταντίνος Stavridis, Athanasios Συστήματα MIMO Συχνοτικά επιλεκτικά κανάλια Προκωδικοποίηση Προκωδικοποίηση με περιορισμούς ισχύος Παραμετρική προκωδικοποίηση Wireless MIMO systems Frequency selective channels Precoding Precoding with power constraint Parametric precoding 004.36 Τα τελευταία χρόνια και κυρίως μετά το 1996 έχει παρουσιαστεί ένα έντονο ενδιαφέρον γύρω από τα ασύρματα συστήματα MIMO (Συστήματα Πολλών Εισόδων και Πολλών Εξόδων). Η βασική αιτία που δημιούργησε αυτό το ενδιαφέρον ήταν η θεωρητική ανάλυση της χωρητικότητας που επιτυγχάνεται με τη χρήση πολλαπλών κεραιών τόσο στο δέκτη όσο και στον πομπό. Ωστόσο πέρα από την αύξηση της χωρητικότητας τα συστήματα MIMΟ έχουν μια σειρά από επιπλέον πλεονεκτήματα, επιτυγχάνουν ανεκτικότητα στην εξασθένιση, αυξάνουν την φασματική αποδοτικότητα, μειώνουν την κατανάλωση ενέργειας καθώς και το κόστος χρήσης και κατασκευής ασύρματων δικτύων. Έχοντας λάβει υπ’ όψιν τα παραπάνω και έχοντας κάνει ήδη μια αρχική έρευνα στο τι υπάρχει στην επιστημονική βιβλιογραφία γύρω από τα συστήματα MIMO, επιλέξαμε να ασχοληθούμε με την συγκεκριμένη τεχνολογία και πιο συγκεκριμένα με την προ-κωδικοποίηση πομπού, όταν τα κανάλια που διαθέτουμε είναι συχνοτικά επιλεκτικά (frequency selective). Το πρόβλημα που μας απασχόλησε είναι η διερεύνηση τεχνικών κωδικοποίησης των δεδομένων του πομπού, πριν αυτά μεταδοθούν, ούτως ώστε να μπορέσει να απλοποιηθεί η σχεδίαση του δέκτη. Στην περίπτωση των συχνοτικά επιλεκτικών καναλιών πέρα από τον πανταχού παρόντα Γκαουσιανό θόρυβο έχουμε να αντιμετωπίσουμε και τη διασυμβολική παρεμβολή (Intersymbol Interference - ISI) . Στόχος μας είναι να μπορέσουμε να μετατοπίσουμε τη διαδικασία της ισοστάθμισης από το δέκτη στον πομπό, όπου, στην περίπτωση που ο πομπός είναι ένας σταθμός βάσης, η δυνατότητα υλοποίησης πολύπλοκων διεργασιών είναι μεγαλύτερη, τόσο μεγαλύτερης ανοχής στην κατανάλωση ενέργειας όσο κυρίως, και στη δυνατότητα χρήσης πολύπλοκου υλικού. Το πρόβλημα που τίθεται στην περίπτωση που η ισοστάθμιση γίνει στην μεριά του πομπού είναι η ποιότητα και η ποσότητα της γνώσης του πραγματικού καναλιού. Είναι σχεδόν αδύνατο ο πομπός να έχει πλήρη γνώση του πραγματικού καναλιού, με αποτέλεσμα να πρέπει να αρκεστεί σε γνώση, που στην καλύτερη περίπτωση προσεγγίζει αυτή του πραγματικού καναλιού. Επίσης, πολλές φορές, η ποσότητα της γνώσης που μπορεί να αποσταλεί από το δέκτη – όταν δεν ισχύει η αρχή της αμοιβαιότητας (reciprocity) – είναι περιορισμένη. Από τα παραπάνω καταλαβαίνουμε ότι θα είχε ενδιαφέρον η μελέτη τεχνικών που παρουσιάζουν ανοχή στην ποιότητα της γνώσης του καναλιού καθώς και η συμπεριφορά τους όταν αυτές διαθέτουν μερική ή και περιορισμένη γνώση του πραγματικού καναλιού. Ένας από τους τρόπου αντιμετώπισης όταν συναντούνται συχνοτικά επιλεκτικά κανάλια είναι η χρήση του OFDM με όσα αρνητικά αυτό συνεπάγεται (π.χ. η δυσκολία συγχρονισμού πομπού και δέκτη). Ένας άλλος τρόπος αντιμετώπισης, στην περίπτωση μονής φέρουσας (single carrier), είναι η χρήση προκωδικοποιητων Bezout. Επιλέξαμε να ασχοληθούμε με αυτόν τον τύπου προκωδικοποίητων. Πιο συγκεκριμένα, όταν ο αριθμός των κεραιών του πομπού είναι μεγαλύτερος από τον αριθμό των κεραιών του δέκτη, είναι δυνατόν να εφαρμόσουμε την ταυτότητα Bezout (Bezout Identity) στην μεριά του δέκτη. Με απλά λόγια θα εφαρμόσουμε ένα προ-ισοσταθμιστή επιβολής μηδενικών (zero forcing). Όπως είναι αναμενόμενο, μιας και ο προκωδικοποιητής εφαρμόζεται στην μεριά του πομπού, πριν εμφανιστεί ο Γκαουσιανός θόρυβος, δεν έχουμε ενίσχυση αυτού του θορύβου, ωστόσο είναι δυνατόν να έχουμε σημαντική αύξηση της μεταδιδόμενης ισχύος. Για να λυθεί αυτό το πρόβλημα έχει προταθεί στη βιβλιογραφία η σχεδίαση προκωδικοποιητών Bezout με την χρήση περιορισμών ισχύος. Αυτό που εμείς μελετήσαμε στην περίπτωση των προκωδικοποιητών Bezout (ή FIR προκωδικοποιητών), είναι η συμπεριφορά τους στην περίπτωση που ο πομπός διαθέτει πλήρη ή μερική γνώση του καναλιού. Είδαμε την περίπτωση του σχεδιασμού ενός FIR προκωδικοποιητή κάτω από τον περιορισμό ισχύος μετάδοσης μέσω της μεθόδου Tikhonov Regularization, ενός σημαντικού εργαλείου επίλυσης του προβλήματος των ελαχίστων τετραγώνων κάτω από τη δι-κριτήριο διατύπωση. Τέλος, προτείναμε δύο FIR σχεδιασμούς προκωδικοποιητών για την περίπτωση που ο πομπός διαθέτει παραμετρική (στατιστική) περιγραφή του καναλιού. The last years, but mainly after 1996 there is an intensive interest in MIMO systems. The reason that created this interest was the capacity that can be achieved by the use of multiple antennas to the transmitter and to receiver. Furthermore, the use of multiple antennas has a number of advantages except from the capacity increase; MIMO can achieve tolerance to fading, spectral efficiency, increased coverage etc. By having considered the above information we decided to work with MIMO systems and especially with precoding techniques for frequency selective channels. In the case of frequency selective channels except from the Gaussian noise we have to treat and with intersymbol interference (ISI) which is an important degradation factor. A very serious reason to handle intersymbol interference at the transmitter side - especially when transmitter is a base station - is to simplify receiver's design. When transmitter is a base station there is a tolerance in power consuming and in the implementation of more complicated hardware. After an extensive bibliographical we concluded to use the theory of Bezout Identity. In the case where the number of antennas at the transmitter is greater than the number of antennas at the receiver it is formed a left-coprime FIR channel. By using the Bezout identity matrix, it is possible to be designed a FIR MIMO precoder that reduce intersymbol interference. Bezout precoder (pre-equalizer) is a zero-forcing (ZF) equalizer. As it is known from bibliography ZF equalizer has the disadvantage that amplifies noise power in deep fades. For the case of Bezout precoder it is not true since there is no noise - noise will appear at the receiver. But there is another disadvantage, Bezout precoder may increase transmit power significantly to overcome deep fades in the singular values of the channel matrix. The solution to the previous phenomenon can be taken by designing ZF precoders under power constraints. The main problem in the case of transmit precoding is the channel knowledge - when reciprocity principle is not valid. In most cases it is not possible to have perfect channel knowledge or even the knowledge that we have may be of bad quality. Another drawback that appears in the case of frequency selective channels is the amounts of information (number of bits) that can be send back to the transmitter - limited feedback. Many works assumed a quasi-static channel - channel doesn't changes for a number of symbols - and perfect channel knowledge. In real world this may not be true. In this master thesis we investigated three things. Firstly, the behavior of Bezout precoders under channel mismatch at the side of transmitter. Secondly, ways that will allows us to decrease channel feedback. And thirdly, which was the most interesting, we proposed two FIR designs that uses statistical channel knowledge. 2008-10-24T07:41:34Z 2008-10-24T07:41:34Z 2008-06-30 2008-10-24T07:41:34Z Thesis http://nemertes.lis.upatras.gr/jspui/handle/10889/1030 gr Η ΒΥΠ διαθέτει αντίτυπο της διατριβής σε έντυπη μορφή στο βιβλιοστάσιο διδακτορικών διατριβών που βρίσκεται στο ισόγειο του κτιρίου της. 0 application/pdf |
