Βελτιστοποίηση επιδόσεων ασύρματων ψηφιακών συστημάτων με χρήση τεχνικών διαφορισμού

Abstract

Η σχεδίαση των σύγχρονων ασύρματων τηλεπικοινωνιακών συστημάτων απαιτεί τον ακριβή χαρακτηρισμό του καναλιού διάδοσης και συγκεκριμένα των διαλείψεων στις οποίες το κανάλι υπόκεινται. Η ανάγκη βελτιστοποίησης της επίδοσης των συστημάτων μας ωθεί, μέσω της γνώσης του καναλιού, στην εξεύρεση τεχνικών αντιστάθμισης των διαλείψεων. Η χρήση διαφορισμού είναι μία ευρέως χρησιμοποιούμενη τεχνική αντιστάθμισης των διαλείψεων που παρατηρούνται στο ασύρματο περιβάλλον. Το αντικείμενο μελέτης της παρούσης διπλωματικής εργασίας συνοψίζεται σε τρεις βασικές ενότητες : α) την ανάλυση και μοντελοποίηση των διαλείψεων, β) την ανάπτυξη των τεχνικών διαφορισμού και των δεκτών που κάνουν χρήση τους, και γ) τη βελτίωση των επιδόσεων των συστημάτων τόσο μέσω της θεωρητικής ανάλυσης, όσο και μέσω της προσομοίωσης. Στα πρώτα δύο κεφάλαια γίνεται αρχικά ανάλυση των διαλείψεων στις οποίες υπόκεινται τα ασύρματα συστήματα και στη συνέχεια μοντελοποίηση τους. Για την μοντελοποίηση του καναλιού χρησιμοποιείται πιθανοθεωρητική περιγραφή. Ιδιαίτερη βαρύτητα δόθηκε στην κατανομή Rayleigh, η οποία προσομοιώνει την επίδραση του καναλιού σε σήμα που μεταδίδεται με διάδοση πολλαπλής διαδρομής και δεν υπάρχει οπτική επαφή μεταξύ πομπού και δέκτη. Στο επόμενο κεφάλαιο αναπτύσσονται η βασική έννοια του διαφορισμού και οι τεχνικές του, οι οποίες χρησιμοποιούνται συχνά στα σύγχρονα ασύρματα συστήματα για την βελτίωση της απόδοσης τους. Επίσης γίνεται αναφορά σε διάφορους τύπους δεκτών που κάνουν χρήση διαφορισμού, αναλύοντας ιδιαίτερα το δέκτη συνδυασμού μεγίστου λόγου (MRC). Ο συγκεκριμένος δέκτης συλλέγει αντίγραφα του εκπεμπόμενου σήματος και μεγιστοποιεί τον τελικό λόγο σήματος προς θόρυβο, βελτιώνοντας έτσι και την επίδοση του συστήματος. Στο τελευταίο τμήμα της εργασίας μελετώνται οι επιδόσεις συστημάτων με τύπο διαμόρφωσης QPSK, αλλά και με τύπο διαφορικής ανίχνευσης BDPSK. Η μελέτη βασίζεται στην θεωρητική ανάλυση με μαθηματική προσέγγιση, αλλά και στην προσομοίωση μοντέλων που έχουν δημιουργηθεί με το λογισμικό Matlab / Simulink. Για τον υπολογισμό της βελτίωσης της απόδοσης με τη χρήση διαφορισμού μελετήθηκαν συστήματα με απλό δέκτη, αλλά και με δέκτη MRC δύο κλάδων. Τα αποτελέσματα που προέκυψαν από τις προσομοιώσεις επιβεβαιώνουν απόλυτα την ακρίβεια της μαθηματικής προσέγγισης. Για όλες τις παραπάνω περιπτώσεις παρατίθενται σχηματικά τόσο τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων, όσο και των μαθηματικών προσεγγίσεων ώστε να γίνει η επιβεβαίωση τους.