Μελέτη βαθμών ελευθερίας σε συστήματα BS-MIMO και υπολογισμός σύνθετης αντίστασης κεραιών ESPAR με χρήση γενετικού αλγορίθμου

Abstract

Η διπλωματική εργασία αυτή πραγματεύεται την μελέτη των συστημάτων MIMO τα οποία χρησιμοποιούν παρασιτικές κεραίες και είναι γνωστά στην βιβλιογραφία ως Beamspace MIMO ή BS-MIMO. Τα συστήματα αυτά αντί να χρησιμοποιούν πολλαπλά ενεργά κεραιοστοιχεία σε πομπό και δέκτη, χρησιμοποιούν στοιχειοκεραίες οι οποίες αποτελούνται από ένα ενεργό και πολλά παρασιτικά κεραιοστοιχεία. Η πιο γνωστή υλοποίηση τέτοιων στοιχειοκεραιών είναι οι κεραίες ESPAR. Οι κεραίες αυτές έχουν τη δυνατότητα διαμόρφωσης του διαγράμματος ακτινοβολίας τους (beamforming ability). Αυτό σημαίνει ότι μπορούν να δημιουργήσουν πολλά διαφορετικά διαγράμματα ακτινοβολίας, κάτι το οποίο επιτυγχάνεται με την ρύθμιση της συνεισφοράς των παρασιτικών στοιχείων στο συνολικά εκπεμπόμενο διάγραμμα ακτινοβολίας. Η χρήση ενός μόνο ενεργού κεραιοστοιχείου και αντίστοιχα μόνο μίας αλυσίδας RF, καθιστά αδύνατη τη χωρική διασπορά των σημάτων εκπομπής και τη χωρική δειγματοληψία των σημάτων λήψης. Για το λόγο αυτό, η μελέτη και η περιγραφή των συστημάτων αυτών γίνεται στο πεδίο των διαγραμμάτων ακτινοβολίας (beamspace domain - BS domain). Στα πλαίσια της εργασίας αυτής θα μελετηθούν οι βαθμοί ελευθερίας που μπορεί να προσφέρει ένα τέτοιο σύστημα, οι οποίοι ονομάζονται εναέριοι βαθμοί ελευθερίας (Aerial Degrees of Freedom – aDoFs). Κάθε εναέριος βαθμός ελευθερίας ισοδυναμεί με ένα διάγραμμα βάσης της κεραίας ESPAR. Μέχρι στιγμής ο υπολογισμός των διαγραμμάτων βάσης γίνεται λαμβάνοντας υπόψη μόνο το ακτινοβολούμενο πεδίο της κεραίας. Σε αυτή την εργασία θα παρουσιαστεί μια τεχνική υπολογισμού δισδιάστατων διαγραμμάτων βάσης η οποία λαμβάνει επίσης υπόψη της την επίδραση του καναλιού. Η τεχνική αυτή παράγει προσαρμοστικά προς το κανάλι διαγράμματα βάσης, η χρήση των οποίων μεγιστοποιεί την χρήση του καναλιού. καθώς εκμεταλλεύεται με τον καλύτερο τρόπο τα χαρακτηριστικά του και τους πραγματικά διαθέσιμους βαθμούς ελευθερίας.