Ανάπτυξη Τεχνικών Επιλογής Υποσυνόλου Κεραιών Μετάδοσης-Λήψης για την Βελτιστοποίηση Χωρητικότητας MIMO-OFDMA Δικτύων

Abstract

Η ραγδαία εξάπλωση της χρήσης των ψηφιακών επικοινωνιών τα τελευταία χρόνια δημιουργεί την ανάγκη για αύξηση των παρεχόμενων υπηρεσιών στους χρήστες και κυρίως για βελτίωση της ποιότητάς τους. Τα επόμενης γενιάς ασύρματα συστήματα είναι απαραίτητο να παρέχουν υπηρεσίες αυξημένης ποιότητας και αξιοπιστίας, διευρυμένη ραδιοκάλυψη, αλλά και να εκμεταλλεύονται κατά τον πλέον αποδοτικό και συμφέροντα τρόπο το διαθέσιμο εύρος ζώνης και την διαθέσιμη ισχύ. Σημαντικές εξελίξεις προς την κατεύθυνση αυτή έχουν πραγματοποιηθεί πρόσφατα, ανάμεσα στις οποίες περίοπτη θέση κατέχουν τα ασύρματα συστήματα πολλαπλών – εισόδων – πολλαπλών εξόδων (MIMO Multiple - Input – Multiple – Output). Η εφαρμογή τους στις ασύρματες ψηφιακές επικοινωνίες βελτιώνει κατά πολύ την αξιοπιστία της ζεύξης σε σύγκριση με τα προϋπάρχοντα συστήματα και αυξάνει την χωρητικότητα των ραδιοδιαύλων. Τα ΜΙΜΟ συστήματα, σε συνδυασμό με την Πολυπλεξία Ορθογωνικής Διαίρεσης Συχνότητας (OFDM), μετατρέπουν φαινόμενα όπως αυτό της διασυμβολικής παρεμβολής σε πλεονέκτημα για το χρήστη και το δίκτυο. Η Πολυπλεξία Ορθογωνικής Διαίρεσης Συχνότητας είναι μια νέα μορφή πολυπλεξίας και ψηφιακής διαμόρφωσης δεδομένων που στόχο έχει την καλύτερη αξιοποίηση του φάσματος σε σύγκριση με άλλα σχήματα πολυπλεξίας. Παράλληλα, το OFDM επιτυγχάνει να βελτιώσει την ποιότητα της ζεύξης, αποφεύγοντας τις δυσμενείς επιπτώσεις της διασυμβολικής παρεμβολής, χάρη στην εισαγωγή του κυκλικού προθέματος. Επέκταση της τεχνικής OFDM για συστήματα πολλαπλών χρηστών αποτελεί η τεχνική πολλαπλής πρόσβασης OFDMA. Στην παρούσα διπλωματική εργασία εξετάζεται το πρόβλημα του διαμοιρασμού των διαθέσιμων πόρων ενός ασύρματου συστήματος επικοινωνίας στους χρήστες σε ένα κυψελωτό δίκτυο. Προσομοιώνονται διάφορα σενάρια ΜΙΜΟ-OFDMA συστημάτων, ανάλογα με τον αριθμό των κεραιών πομπού και δέκτη και τον αριθμό των υποφερόντων που αντιστοιχούν σε κάθε χρήστη. Στα σενάρια αυτά εξετάζεται η αξιοπιστία του συστήματος μέσω του ποσοστού λανθασμένων ψηφίων (BER), ανάλογα με τις απαιτήσεις έχουμε από το σύστημα όσον αφορά τον λόγο σήματος προς παρεμβολή και θόρυβο (SINR) και την πιθανότητα απόρριψης χρηστών.

The breakthrough in the use of digital communications over the last years has created a need for increasing the provided services, as well for improving their quality. The next generation wireless systems is essential that they will provide services of the highest quality and reliability, extended coverage and that they will exploit efficiently the available bandwidth and power. Significant progress towards this direction has been achieved recently, among which prominent place hold the Multiple Input – Multiple Output (MIMO) Wireless Systems. Their use in wireless digital communications improves the reliability of wireless links compared to previous systems while at the same time increases their capacity. MIMO systems combined with Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) make Intersymbol Interference, being a disadvantage of the propagation environment into an advantage for the user and the network. Orthogonal Frequency Division Multiplexing is a new form of multiplexing and digital modulation which achieves great spectrum efficiency while at the same time leads to higher transmission rates avoiding ISI with the insertion of Cyclic Prefix (CP). An extension of OFDM technique for systems with multiple users is OFDMA multiple access technique. In this diploma thesis, we examine the allocation of the resources among users that access a cell network. We simulate multiple scenarios of MIMO-OFDMA systems depending on the number of antennas of the transmitter and the receiver and the number of subcarriers per user. In these scenarios we examine the system’s reliability by monitoring the Bit Error Ratio (BER), depending on the demands of the system concerning the Signal to Interference plus Noise Ratio (SINR) and the users’ blocking probability.