Μελέτη - βελτιστοποίηση των επιδόσεων ασύρματων τηλεπικοινωνιακών συστημάτων με αναμεταδότες

• Κύριος συγγραφέας: Τσιφτσής, Θεόδωρος
• Άλλοι συγγραφείς: Κωτσόπουλος, Σταύρος
• Μορφή: Thesis
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2009
• Θέματα: Ασύρματα τηλεπικοινωνιακά συστήματα πολλαπλών αλμάτων; Αναμεταδότες; Μοντέλο διαλείψεων Rayleigh; Μοντέλο διαλείψεων Nakagamim; Multihop wireless communications systems; Relays; Rayleigh fading channels; Nakagamim fading channels; 621.382 5

Η έννοια της ψηφιακής αναμετάδοσης έχει μελετηθεί σαν ένα ϑεωρητικό πρόβλημα από την πλευρά της ϑεωρίας της πληροφορίας στις δεκαετίες του ’70 και ’80 όπου υπολογίστηκε η χωρητικότητα συστημάτων με ένα αναμεταδότη. Το σενάριο στο οποίο η επικοινωνία δύο τερματικών σταθμών πραγματοποείται με τη ϐοήθεια ενός τρίτου το οποίο αναλαμβάνει να αναμεταδόσει την πληροφορία, υλοποιήθηκε αρχικά στους δορυφόρους με ανακλαστική επανεκπομπή. Ενδιαφέρον, σύμφωνα με όσα γνωρίζουμε, προκαλεί το γεγονός ότι δεν υπήρχε έως πολύ πρόσφατα καμία εργασία σχετική με την ϑεωρία της αναμετάδοσης - πιο πιθανή αιτία η μη ύπαρξη σχετικών εφαρμογών. Με την ωριμότητα των ψηφιακών ασύρματων επικοινωνιών και λόγω των ϱαγδαία αυξανόμενων αναγκών για επικοινωνίες υψηλής απόδοσης, ϕαίνεται ότι έφτασε η ώρα για την ανάπτυξη ‘‘έξυπνης’’ αναμετάδοσης στο άμεσο μέλλον. Η παρούσα διδακτορική διατριβή (DD) έρχεται να συμβάλλει προς την κατεύθυνση αυ- τή και να δώσει στους μελετητές των ψηφιακών επικοινωνιών νέες τεχνικές και εργαλεία αναλύοντας και μελετώντας στο ϕυσικό επίπεδο τα ασύρματα τηλεπικοινωνιακά συστήματα (ή δίκτυα) πολλαπλών αλμάτων με μη-αναγεννητικούς αναμεταδότες δηλ. συστήματα στα οποία το σήμα εκπέμπεται από τον πηγαίο κόμβο και ϕθάνει στον κόμβο προορισμού διαμέσου ενός ή περισσοτέρων αναμεταδοτών. Με την τεχνική αυτή καταπολεμούμε τους δύο ϐασικούς παράγοντες υποβάθμισης του εκπεμπόμενου σήματος που είναι η μειωμένη μέση ισχύς λήψης λόγω απόστασης ή/και εμποδίων, και οι διακυμάνσεις του σήματος στη λήψη του, εξαιτίας του ϕαινομένου των διαλείψεων. Βασικός σκοπός της DD είναι η αξιολόγηση των επιδόσεων των συστημάτων πολλαπλών αλμάτων, που λειτουργούν σε περιβάλλον διαλείψεων Rayleigh ή Nakagami-m, με δείκτες επιδόσεων όπως ο μέσος λό- γος σήματος προς ϑόρυβο (ΛΣΘ), η πιθανότητα διακοπής της επικοινωνίας (ΠDΕ) και η μέση πιθανότητα σφάλματος bit (ΜΠΣΒ). Για να επιτευχθούν τα παραπάνω στα πολυαλ- ματικά συστήματα, απαιτείται η στατιστική μελέτη του απ’ άκρο-σε-άκρο ΛΣΘ στην έξο- δο του κόμβου προορισμού για την εξαγωγή σημαντικών στατιστικών συναρτήσεων όπως της συνάρτησης πυκνότητας πιθανότητας (ΣΠΠ), της συνάρτησης αθροιστικής πιθανότητας (ΣΑΠ), της ϱοπο-γεννήτριας συνάρτησης (ΡΓΣ) και των ϱοπών. Οι δείκτες επίδοσης παρουσιάζονται είτε σε κλειστές μαθηματικές μορφές οι οποίες εξάγουν άμεσα αποτελέ- σματα, είτε σε αναλυτικές μορφές για τις οποίες η χρήση της αριθμητικής ολοκλήρωσης είναι απαραίτητη μέσω γνωστών μαθηματικών λογισμικών όπως MATHEMATICA ή MAPLE. Παράλληλα, όπου απαιτείται, παρουσιάζονται αποτελέσματα προσομοίωσης Monte Carlo για την επαλήθευση των αριθμητικών αποτελεσμάτων. Λαμβάνοντας υπόψην όλα τα παραπάνω, ερευνάται ένα σύστημα N αλμάτων σε περι- ϐάλλον διαλείψεων Nakagami-m και παράγονται τόσο σημαντικά αποτελέσματα για την επίδοσή τους όσο και ένα καινοτόμο στατιστικό ϑεώρημα για τη ΡΓΣ τυχαίων μεταβλητών Γάμμα. Η επίδοση των συστημάτων αυτών αξιολογείται για μη-αναγεννητικούς αναμε- ταδότες και συγκεκριμένα, τόσο για αναμεταδότες μεταβλητού κέρδους (ΑΜΚ) δηλ. το κέρδος τους εξαρτάται από την εκτίμηση της κατάστασης του καναλιού (ή κέρδος κανα- λιού) στην είσοδό τους, όσο και για αναμεταδότες σταθερού κέρδους (ΑΣΚ). Επίσης στη DD προτείνεται ένα νέος τύπου μη-αναγεννητικού αναμεταδότη, ο αναμεταδότης συνδυα- σμένου κέρδους (ΑΣυΚ), του οποίου η επίδοση εξετάζεται σε ένα σύστημα διπλού άλματος (δηλ. σ’ ένα σύστημα με έναν αναμεταδότη). Η επίδοσή του συγκρίνεται με αυτή του ΑΜΚ. Η επίδοση του ΑΣυΚ εμφανίζεται να είναι καλύτερη σε κάποιες περιπτώσεις απ’ αυτήν του ΑΜΚ. Ιδιαίτερη ϐαρύτητα δίνεται τέλος και στη μελέτη πολυαλματικών συστημάτων επικοινω- νίας με διαφορική συνεργασία χρηστών. Τα συστήματα αυτά διαφέρουν από τα συμβατικά πολυαλματικά διότι εκμεταλλεύονται τα πλεονεκτήματα της ‘‘εικονικής’’ διαφορικής εκ- πομπής στον πηγαίο κόμβο και τη διαφορική λήψη στον κόμβο προορισμού. Οι δείκτες επίδοσης εξετάζονται είτε για συστήματα διαφορικής συνεργασίας ενός χρήστη, είτε για πολλούς χρήστες με διαφορικό δέκτη συνδυασμού επιλογής ή μεγίστου λόγου στον κόμβο προορισμού, αντίστοιχα.