Χαρακτηριστικά και επίδοση διαύλων ΜΙΜΟ για δορυφορικά συστήματα επικοινωνιών

Abstract

Η παρούσα διδακτορική διατριβή, σκοπεύει στον χαρακτηρισμό και στη μοντελοποίηση σε κινητά & σταθερά δορυφορικά συστήματα επικοινωνιών, με υψηλές γωνίες ανύψωσης, σε αστικά περιβάλλοντα διάδοσης, εντός και εκτός κτηρίου. Με βάση τα πρωτογενή μετρητικά δεδομένα ενός διπλά πολωμένου διαύλου MIMO, που προήλθαν από μετρήσεις επίγειων κινητών δορυφορικών ζεύξεων σε αστικό περιβάλλον με χρήση ενός Αερόπλοιου, αναπτύσσονται ποικίλες μέθοδοι επεξεργασίας που οδηγούν σε καινοτόμα θεωρητικά και πρακτικά αποτελέσματα, τα οποία δύναται να αποτελέσουν βάση για την περαιτέρω εξέλιξη και τον σχεδιασμό δορυφορικών και στρατοσφαιρικών δικτύων νέας γενιάς.Αρχικά εξετάζεται ο διαχωρισμός και κατόπιν ο χαρακτηρισμός των διαλείψεων μεγάλης και μικρής κλίμακας, αφού προηγηθεί ο υπολογισμός της χωρικά τοπικής μέσης λαμβανόμενης ισχύος. Υπολογίζονται τα στατιστικά στοιχεία 1ης & 2ης τάξης και γίνεται σύγκριση των μετρήσεων με διαφορετικές στατιστικές κατανομές, με την βέλτιστη προσαρμογή να επιβεβαιώνεται με το κριτήριο απόκλισης Kullback-Leibler. Επίσης, γίνεται μια συνοπτική μελέτη στο ρυθμό τμήσεως κατωφλίου και στη μέση διάρκεια διαλείψεων αλλά και στην επίδοση διαφορισμού σύμφωνα με τις διαθέσιμες μετρήσεις ενός κλασσικού 2x2 MIMO συστήματος. Ο χαρακτηρισμός πολλών μεγεθών γίνεται για πολλαπλά σενάρια, είτε με σταθερό πομπό ή δέκτη, για διαφορετικές γωνίες ανύψωσης, για περιοχές με ή χωρίς οπτική επαφή, και για διαφορετικές πολώσεις. Ιδιαίτερη έμφαση δίνεται στην μοντελοποίηση του διαύλου με βάση το γενικό μοντέλο διάδοσης πολλαπλών σκεδάσεων. Συγκεκριμένα, γίνεται για πρώτη φορά επέκταση του μοντέλου για σκεδάσεις 3ης τάξης, με εξαγωγή των θεωρητικών εκφράσεων, για τις συναρτήσεις πυκνότητας πιθανότητας, τις αθροιστικές συναρτήσεις κατανομής, και ταυτόχρονα σύγκριση με τα εμπειρικά δεδομένα για επιβεβαίωση της στενής μεταξύ τους σχέσης.Επιπρόσθετα, εξετάζονται θεμελιώδεις μετρικές παράμετροι, όπως ο αριθμός κατάστασης Demmel, η ελλειπτικότητα, και η ορθοπολωσική διευκρίνηση και απομόνωση που φανερώνουν την αποδοτικότητα του διαύλου. Φυσικά, από τα αποτελέσματα δεν απουσιάζει και ο υπολογισμός της χωρητικότητας των διαύλων ανά σενάριο, γωνία ανύψωσης, και διαφορετικά περιβάλλοντα διάδοσης. Εν συνεχεία, ιδιαίτερη έμφαση δίνεται στον υπολογισμό των ιδιοτήτων συσχέτισης του διαύλου και στην σύγκριση με γνωστά στοχαστικά μοντέλα, όπως το μοντέλο του Kronecker και του Weichselberger, παρέχοντας χρήσιμες πληροφορίες σχετικά με την δυνατότητα πολυπλεξίας του καναλιού. Ακόμα, για πρώτη φορά, χαρακτηρίζεται η στατικότητα του διαύλου και εκτιμάται η έκταση των περιοχών μη-στατικότητας μέσω της απόστασης των πινάκων συσχέτισης, που αποδεικνύουν την άμεση σχέση των περιοχών αυτών με τα σενάρια διάδοσης που συναντάμε.Τέλος, παρουσιάζεται η μελέτη διείσδυσης σήματος σε κτήριο αξιοποιώντας τις μετρήσεις εσωτερικού χώρου του σεναρίου Κτηρίου-Αερόπλοιου. Εδώ προτείνεται μια αναλυτική και απλή διαδικασία για τον υπολογισμό των απωλειών κατά την είσοδο του σήματος εντός του κτηρίου σύμφωνα με το εμπειρικό μοντέλο απωλειών διάδοσης του Ikegami. Επισυνάπτονται αποτελέσματα χωρητικότητας από τα επεξεργασμένα δεδομένα βάσει το διαφορετικό επίπεδο του ορόφου, την απόσταση από το παράθυρο αλλά και από περιοχές με παρεμποδισμένη ή και χωρίς καθόλου οπτική επαφή. Τα αποτελέσματα αποκαλύπτουν ότι υπάρχει μεγάλη εξάρτηση από τη γεωμετρία διάδοσης και τον προσανατολισμό του δέκτη σε σχέση με τον κινούμενο πομπό.