Εφαρμογή τεχνικών πολλαπλών εισόδων - πολλαπλών εξόδων (ΜΙΜΟ) σε δορυφορικά συστήματα κινητών και σταθερών επικοινωνιών

Abstract

Τα πλεονεκτήματα που παρέχει η τεχνολογία των πολλαπλών κεραιών εκπομπής – λήψης (Multiple Input Multiple Output, MIMO) στις σύγχρονες επίγειες επικοινωνίες δημιούργησαν ενδιαφέρον για την έρευνα της εφαρμογής τους στα συστήματα δορυφορικών επικοινωνιών. Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη και η μοντελοποίηση των δορυφορικών διαύλων MIMO, λαμβάνοντας υπόψη φυσικά φαινόμενα, όπως η ύπαρξη ισχυρής συνιστώσας οπτικής επαφής (Line Of Sight, LOS) και το φαινόμενο της χωρικής συσχέτισης (spatial correlation). Αρχικά, περιγράφονται συνοπτικά τα φαινόμενα διάδοσης στο δορυφορικό περιβάλλον και στη συνέχεια επικεντρώνεται η προσοχή στις αρχές λειτουργίας των συστημάτων ΜΙΜΟ. Αποδεικνύεται η υπεροχή των συστημάτων αυτών έναντι των συμβατικών SISO ζεύξεων τόσο όσον αφορά στην αύξηση της χωρητικότητας, όσο και στο κέρδος διαφορισμού (diversity gain) που προσφέρουν, το οποίο εκφράζεται μέσω της μείωσης του ρυθμού λαθών (Bit Error Rate, BER). Βασική αρχή είναι η εκτίμηση της απόστασης μεταξύ των δορυφόρων για τη δημιουργία ανεξάρτητων διαύλων, διότι η απλή τοποθέτηση πολλαπλών κεραιών σε ένα δορυφόρο δεν οδηγεί σε άμεση εκμετάλλευση των πλεονεκτημάτων και των δυνατοτήτων της τεχνολογίας MIMO. Παρουσιάζονται μέθοδοι που αφορούν στον προσδιορισμό της θέσης των στοιχείων των κεραιών, διατηρώντας την ορθογωνιότητα (orthogonality) των λαμβανόμενων σημάτων ώστε να επιτευχθεί υψηλό κέρδος πολυπλεξίας (multiplexing gain) για το LOS MIMO κάτω από ορισμένες συνθήκες. Η μελέτη αυτή αφορά στην εκτίμηση της χωρητικότητας του LOS MIMO διαύλου για Σταθερές Δορυφορικές Υπηρεσίες και Υπηρεσίες Δορυφορικής Ευρυεκπομπής. Ακόμη, μελετάται σε ποιο βαθμό επηρεάζεται η χωρητικότητα του ΜΙΜΟ διαύλου από την ατμοσφαιρική απόσβεση σήματος και εκτιμάται η πιθανότητα και το ποσοστό του χρόνου υπέρβασης, όπου η υποβάθμιση της χωρητικότητας ξεπερνά μια συγκεκριμένη στάθμη.