Μαθηματικές μέθοδοι αξιολόγησης επίδοσης ασύρματων δικτύων νέας γενιάς με αναμεταδότες

Καρατζά, Γεωργία

dc.contributor.advisor	Σαγιάς, Νικόλαος
dc.contributor.author	Καρατζά, Γεωργία
dc.date.accessioned	2020-09-21T09:15:17Z
dc.date.available	2020-09-21T09:15:17Z
dc.date.issued	2020-07-29
dc.identifier.uri	http://amitos.library.uop.gr/xmlui/handle/123456789/5753
dc.description	Δ.Δ. 12	el
dc.description.abstract	Οι τεχνολογίες ασύρματων επικοινωνιών έχουν παρουσιάσει αλματώδη εξέ- λιξη μέσα σε λίγα μόλις χρόνια. Είναι παρούσες σε όλους σχεδόν τους τομείς της καθημερινής μας ζωής, που περιλαμβάνουν ραδιοφωνικές και τηλεοπτικές ζεύ- ξεις, κινητά τηλέφωνα και δορυφορικές επικοινωνίες. Μερικές από τις προκλήσεις που έχουν να αντιμετωπίσουν, είναι ο συνεχόμενα αυξανόμενος αριθμός των χρη- στών, οι απαιτήσεις για ποιότητα και αξιοπιστία, ο αυξανόμενος ρυθμός μετάδο- σης της εκπεμπόμενης πληροφορίας, καθώς επίσης και το πλήθος νέων υπηρε- σιών υψηλής ποιότητας που πρέπει να υποστηριχθούν. Οι συνεργατικές τεχνικές μετάδοσης έρχονται να συμβάλλουν προς τη βελτίωση, όλων των παραπάνω. Το αντικείμενο μελέτης της παρούσας διδακτορικής διατριβής, είναι η αξιολόγηση επίδοσης ασύρματων δικτύων νέας γενιάς με αναμεταδότες. Ως μέτρα αξιολόγη- σης χρησιμοποιούνται, η εργοδική χωρητικότητα η οποία είναι, ο μέγιστος ρυθμός αξιόπιστης μετάδοσης πληροφορίας σε ένα δίαυλο και η ενεργός χωρητικότητα, η οποία παρέχει την ίδια πληροφορία με την εργοδική χωρητικότητα, λαμβάνο- ντας επιπλέον υπόψη, περιορισμούς που επιβάλλονται ως προς την ποιότητα της παρεχόμενης υπηρεσίας. Αρχικά εξετάζεται ένα ασύρματο συνεργατικό σύστημα πολλαπλών κόμβων πηγών-πολλαπλών κόμβων προορισμού, το οποίο χρησιμοποιεί πρωτόκολλο ενί- σχυσης και προώθησης και λειτουργεί υπό την παρουσία διαλείψεων Rayleigh. Ως μέτρο αξιολόγησης της επίδοσης του εν λόγω συστήματος χρησιμοποιείται η ενερ- γός χωρητικότητα. Η ενεργός χωρητικότητα λαμβάνει υπόψιν συγκεκριμένους πε- ριορισμούς, οι οποίοι παρέχονται από τα ανώτερα στρώματα του μοντέλου ανα- φοράς ανοικτής διασύνδεσης συστημάτων και αφορούν την ποιότητα της παρεχό- μενης υπηρεσίας στον χρήστη. Οι κόμβοι έχουν τη δυνατότητα να εκπέμπουν ως πηγές και να λαμβάνουν, ως αναμεταδότες, σε διαφορετικές συχνότητες. Όλοι οι κόμβοι λειτουργούν με μία κεραία, υπό την παρουσία λευκού προσθετικού Γκαου- σιανού θορύβου. Επιπλέον, ομοδιαυλικές παρεμβολές επηρεάζουν την επίδοση των κόμβων αναμετάδοσης. Ο αναμεταδότης εκπέμπει προς τους κόμβους προ- ορισμού, χρησιμοποιώντας μετάδοση μεγίστου λόγου και μια από τις τρεις κα- τανεμημένες γραμμικές τεχνικές προκωδικοποίησης: i) τεχνική εξαναγκασμού στο μηδέν, ii) διαφορισμό μεγίστου λόγου και iii) ελαχιστοποίηση μέσου τετραγωνι- κού σφάλματος. Για την τεχνική εξαναγκασμού στο μηδέν, παρουσιάζονται νέες αναλυτικές εκφράσεις κλειστής μορφής για την ενεργό χωρητικότητα, θεωρώντας ίση ή διαφορετική κατανομή ισχύος σε πηγαίους κόμβους και αναμεταδότη. Ορί- ζεται επίσης, ένα κλειστής μορφής άνω φράγμα, της ενεργού χωρητικότητας, το οποίο την προσεγγίζει σε πολύ μεγάλο βαθμό, για μεγάλες τιμές του λόγου σή- ματος προς θόρυβο. Βασιζόμενοι στο φράγμα, ερευνάται η περίπτωση της ίσης κατανομής ισχύος στις δύο ζεύξεις μετάδοσης. Ολοκληρώνοντας με την τεχνική εξαναγκασμού στο μηδέν, ορίζονται απλές ασυμπτωτικές εκφράσεις της ενεργού χωρητικότητας, για μεγάλες τιμές του σηματοθορυβικού λόγου. Για την τεχνική διαφορισμού μεγίστου λόγου και της τεχνικής ελαχιστοποίησης μέσου τετραγω- νικού σφάλματος, ορίζονται προσεγγιστικές, αλλά πολύ ακριβείς αναλυτικές εκ- φράσεις της ενεργού χωρητικότητας, ενώ εξάγονται επίσης αντίστοιχες εκφράσεις κλειστής μορφής που είναι ασυμπτωτικά πολύ ακριβείς. Τέλος ορίζονται για τις τεχνικές, εξαναγκασμού στο μηδέν και την ελαχιστοποίηση μέσου τετραγωνικού σφάλματος, κλειστής μορφής εκφράσεις της ενεργού χωρητικότητας για μεγάλο πλήθος κεραιών, όπου αποδεικνύει ότι, συγκρινόμενες με την τεχνική μεγίστου λόγου, οι δύο αυτές τεχνικές επιτυγχάνουν υψηλότερη ενεργό χωρητικότητα. Στη συνέχεια, εξετάζεται η επίδοση συστήματος, χρησιμοποιώντας ως μέτρο την εργοδική χωρητικότητα. Στην έρευνα αυτή, λαμβάνονται υπόψιν οι ατέλειες υλικού στους κόμβους π.χ. μη γραμμικότητες ενισχυτών ισχύος, ανισορροπία I/Q, σφάλματα φάσης και σφάλματα κβαντισμού. Ορίζονται νέες αναλυτικές εκφρά- σεις για την εργοδική χωρητικότητα συνεργατικών συστημάτων ενίσχυσης και προ- ώθησης, με αναμεταδότες σταθερού ή μεταβλητού κέρδους. Αυτές οι εκφράσεις ισχύουν για οποιαδήποτε μοντέλα καναλιών διαλείψεων και στηρίζονται στον υπο- λογισμό της ροπογεννήτριας συνάρτησης του σηματοθορυβικού λόγου και του αντίστροφου στιγμιαίου σηματοθορυβικού λόγου για κάθε άλμα μετάδοσης. Στη συνέχεια προτείνονται απλές εκφράσεις κλειστής μορφής για κανάλια διαλείψεων Rayleigh και Nakagami-0.5, με χρήση αναμεταδότη σταθερού και μεταβλητού κέρ- δους, αντίστοιχα. Οι εξαγόμενες εκφράσεις εφαρμόζονται σε δύο διαφορετικά συστήματα. Το πρώτο είναι ένα σύστημα αναμετάδοσης μεταβλητού κέρδους, διπλού άλματος, με πολλαπλές κεραίες στον αναμεταδότη και στον προορισμό. Επιπλέον θεωρείται ότι ο αναμεταδότης λειτουργεί υπό την επίδραση παρεμβο- λών και μόνο, ενώ ο κόμβος προορισμού λειτουργεί υπό την επίδραση θερμικού θορύβου. Το δεύτερο είναι ένα σύστημα ενίσχυσης και προώθησης, πολλαπλών κόμβων πηγών και πολλαπλών κόμβων προορισμού, με αναμεταδότη σταθερού ή μεταβλητού κέρδους. Η ορθότητα των προτεινόμενων σχέσεων, επιβεβαιώνεται μέσω της σύγκρι- σης των αναλυτικών αποτελεσμάτων, με τα αποτελέσματα που λαμβάνονται μέσω ημι-αναλυτικών προσομοιώσεων Monte Carlo.	el
dc.format.extent	σελ. 210	el
dc.language.iso	el	el
dc.publisher	Πανεπιστήμιο Πελοποννήσου	el
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.title	Μαθηματικές μέθοδοι αξιολόγησης επίδοσης ασύρματων δικτύων νέας γενιάς με αναμεταδότες	el
dc.type	Διδακτορική διατριβή	el
dc.contributor.committee	Πέππας, Κωνσταντίνος
dc.contributor.committee	Τσούλος, Γεώργιος
dc.contributor.department	Τμήμα Πληροφορικής και Τηλεπικοινωνιών	el
dc.contributor.faculty	Σχολή Οικονομίας, Διοίκησης και Πληροφορικής	el
dc.subject.keyword	Ενεργός χωρητικότητα	el
dc.subject.keyword	Ανανμεταδότες	el
dc.subject.keyword	Συνεργατικά δίκτυα	el
dc.subject.keyword	Πρωτόκολλο ενίσχυσης και προώθησης	el
dc.subject.keyword	Ομοδιαυλική παρεμβολή	el
dc.subject.keyword	Διαλείψεις	el
dc.subject.keyword	Ατέλειες υλικού	el
dc.subject.keyword	Προκωδικοποίηση	el
dc.subject.keyword	Περιορισμοί καθυστέρησης	el
dc.subject.keyword	Ρυθμός επίδοσης	el
dc.description.abstracttranslated	Wireless communica􀆟ons technologies evolve rapidly and are present in almost every sector of everyday life, including radio and television links, mobile and satellite communica􀆟ons. Some of the challenges are the constantly increasing number of users, the demand for quality and reliability, the increasing transmission rate, as well as the wide range of new high quality services that need to be sustained. The coopera􀆟ve techniques contribute to the improvement of all the above. The aim of this thesis is to evaluate the performance of new genera􀆟on wireless networks with relays. The evalua􀆟on metrics are the ergodic capacity, that is the highest rate for reliable transmission of informa􀆟on and the effec􀆟ve capacity, that provides the same informa􀆟on as ergodic capacity, considering the limita􀆟ons imposed by the quality of service provided. Ini􀆟ally we examine a mul􀆟-source and mul􀆟-des􀆟na􀆟on wireless coopera􀆟ve network, which uses the amplify-and-forward protocol and operates in the presence of Rayleigh fading. The end-to-end (e2e) maximum throughput under delay constraints is examined, namely as effec􀆟ve capacity. The effec􀆟ve capacity is an appealing performance metric since it reveals fundamental trade-offs between physical layer performance and quality of the provided service. Nodes having the ability to simultaneously transmit as sources and receive as relays over different frequencies. All nodes employs with a single antenna and operate in the presence of addi􀆟ve white Gaussian noise. Moreover, co-channel interference affects the performance of relay nodes. The relay transmits to the des􀆟na􀆟on nodes by employing the maximum- ra􀆟o transmission scheme and one of the three distributed linear precoding techniques: i) zero-forcing technique, ii) maximal-ra􀆟o combining and iii) minimum mean-squared error. About the zero-forcing scheme we present new closed-form analy􀆟cal expressions for effec􀆟ve capacity considering equal or different distribu 􀆟on of power in resource nodes and relay. We also define a closed-form upper bound of effec􀆟ve capacity, which approaches it in great degree in large numbers of signal-to-noise-ra􀆟o (SNR). Based on the bound we inves􀆟gate the case of equal power alloca􀆟on in two transmission hops. Comple􀆟ng with zero-forcing scheme we define simple asympto􀆟c expressions of effec􀆟ve capacity for large numbers of SNR. For the technique of maximum-ra􀆟o transmission scheme and the minimum mean-squared error scheme we determine approximate yet highly accurate EC analy 􀆟cal expressions, as well as asympto􀆟cally 􀆟ght closed-form expressions. Finally, we determine closed-form expressions of effec􀆟ve capacity for large number of antennas for the zero-forcing scheme and minimum mean-squared error scheme, something that proves that, compared with maximum-ra􀆟o scheme, these two techniques achieve higher effec􀆟ve capacity. Next, we examine the maximum throughput of system, using the ergodic capacity as performance metric. The relaying systems subject to hardware impairments like, power amplifier non lineari􀆟es, I/Q imbalance, phase noise and quan􀆟za􀆟on errors. We define new analy􀆟cal expressions for the EC of dual-hop amplify-andforward with fixed gain-variable gain relays. These expressions are valid for arbitrary fading channel models, providing that the moments-genera􀆟ng func􀆟on of the inverse instantaneous SNR of each hop is readily available. Next we suggest simple closed-form expressions for Rayleigh and Nakagami-0.5 fading channels, with the use of fixed gain-variable gain relay correspondingly. The concluding expressions apply to two different systems. A variable-gain relaying system equipped with mul 􀆟ple antennas at the relay and the des􀆟na􀆟on, assuming an interference-limited relay and a noise-limited des􀆟na􀆟on and a mul􀆟-source mul􀆟-des􀆟na􀆟on system equipped with variable- or fixed-gain relays. The correctness of the proposed mathema􀆟cal analysis is verified by comparing analy􀆟cal with Monte Carlo simula􀆟ons results.	el

Αρχεία σε αυτό το τεκμήριο

Όνομα:: ΔΙΔΑΚΤΟΡΙΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ ΚΑΡΑΤΖΑ.pdf
Μέγεθος:: 5.157Mb
Τύπος:: PDF

Προβολή/Άνοιγμα

Αυτό το τεκμήριο εμφανίζεται στις ακόλουθες συλλογές

Τμήμα Πληροφορικής και Τηλεπικοινωνιών (Δ. Δ.)

Εμφάνιση απλής εγγραφής

Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα

Εκτός από όπου επισημαίνεται κάτι διαφορετικό, το τεκμήριο διανέμεται με την ακόλουθη άδεια:
Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα