Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10889/4665
Title: Μελέτη εξειδικευμένων αλγορίθμων για την κατανομή των διαθέσιμων ραδιοπόρων στα σύγχρονα ασύρματα συστήματα
Authors: Καραγιαννάκης, Σταύρος
Issue Date: 2011-10-03T08:44:04Z
Keywords: Κατεχόμενη ζεύξη
Αλγόριθμοι
Keywords (translated): MISO OFDMA
Algorithms
Abstract: Η έρευνα στις ασύρματες τηλεπικοινωνίες κινείται προς την κατεύθυνση της επίτευξης υψηλής κινητικότητας και ταυτόχρονα προς τη μεγιστοποίηση των δυνατοτήτων του ραδιοδιαύλου, όσον αφορά τη χωρητικότητα της γραμμής και την ταυτόχρονη εξυπηρέτηση μεγάλου αριθμού χρηστών. Στόχος είναι η υποστήριξη IMT-Advanced (4G) ταχυτήτων της τάξης των 100 Μbps στην κάτω ζεύξη και 50 Μbps στη άνω με τη μέση φασματική απόδοση να είναι 3 με 4 φορές καλύτερη από την αντίστοιχη του HSPA. Για να επιτευχθούν τόσο οι υψηλές ταχύτητες όσο και η φασματική αποδοτικότητα σε συνδυασμό με την καλή κινητικότητα, πρέπει όπως δείχνει η έρευνα σήμερα, στο φυσικό στρώμα μετάδοσης να εφαρμοστούν τεχνικές OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access - Πολλαπλή Πρόσβαση με Ορθογωνική Διαίρεση Συχνότητας) σε MIMO ή MISO συστήματα, όπως αντίστοιχα συμβαίνει στο WiMAX. Για αυτόν το λόγο στην παρούσα διπλωματική προτείνονται 3 αλγόριθμοι κατανομής των ραδιοπόρων για την κάτερχόμενη ζεύξη των MISO OFDMA. Οι δυο πρώτοι αλγόριθμοι σκοπεύουν τη μεγιστοποίηση του συνολικού ρυθμού μετάδοσης δεδομένων των χρηστών κάτω από τους περιορισμούς στη συνολική διαθέσιμη ισχύ του σταθμού βάσης και την αναλογική δικαιοσύνη μεταξύ των ρυθμών μεταδόσεως δεδομένων των χρηστών. Ο τρίτος αλγόριθμος αντί για τον περιορισμό της αναλογικής δικαιοσύνης εφαρμόζει τον περιορισμό στον ελάχιστο ρυθμό μετάδοσης των δεδομένων κάθε χρήστη. Οι προτεινόμενοι αλγόριθμοι βασίζονται στο σχηματισμό δέσμης ZF ενώ στο δεύτερο αλγόριθμο χρησιμοποιείται και η χωρική συσχέτιση. Παρ’όλο που και οι τρεις αλγόριθμοι είναι υποβέλτιστοι, η απώλεια σε συνολικό ρυθμό μετάδοσης δεδομένων είναι λογική εφόσον πρωταρχικός σκοπός αποτελεί η εξασφάλιση της δικαιοσύνης. Και οι τρεις προτεινόμενοι αλγόριθμοι εν τέλει παρουσιάζουν ικανοποιητική πολυπλοκότητα ώστε η υλοποίηση να είναι δυνατή με χαμηλό κόστος επεξεργασίας. Μπορούν λοιπόν κάλλιστα οι αλγόριθμοι που μελετήθηκαν να χρησιμοποιηθούν στα σύγχρονα ασύρματα συστήματα όπως το πρότυπο WiMAX. Οι προτεινόμενοι αλγόριθμοι εξομοιώθηκαν χρησιμοποιώντας το λογισμικό MATLAB®. Πιο συγκεκριμένα το κεφάλαιο ένα αποτελεί την εισαγωγή της διπλωματικής εργασίας. Αναφέρεται στο σκοπό της όσο και στις μεθόδους που χρησιμοποιήθηκαν για την επίτευξή του. Στο κεφάλαιο δύο γίνεται αναφορά στα ασύρματα συστήματα πολλαπλής πρόσβασης, τα οποία διαχωρίζονται σε σταθερά και κινητά συστήματα επικοινωνιών. Περιγράφονται συστήματα όπως τa 3G και Wi-Fi ενώ στη συνέχεια γίνεται ιστορική αναφορά στην εξέλιξη του WiMAX και μια μικρή παρουσίασή του. Τέλος, γίνεται μια μικρή αναφορά στον ασύρματο ευρυζωνικό δίαυλο. Στο κεφάλαιο τρία παρουσιάζονται θεωρητικά στοιχεία για τα OFDM και OFDMA και παρουσιάζονται οι μαθηματικές εκφράσεις του προβλήματος διαχείρισης των ραδιοπόρων σε αυτά. Επιπλέον, γίνεται αναφορά στους αλγόριθμους διαχείρισης ραδιοπόρων και μια εισαγωγή στο μαθηματικό μοντέλο που χρησιμοποιήθηκε. Το κεφάλαιο τέσσερα περιέχει εκτενή αναφορά στα ασύρματα κανάλια και ιδιαίτερα στα MIMO και στη χωρητικότητά τους. Το κεφάλαιο πέντε περιλαμβάνει τους αλγόριθμους που προτάθηκαν και μελετήθηκαν και ολοκληρώνεται με τα συμπεράσματα από τη διαδικασία εξομοίωσης. Στο κεφάλαιο έξι περιλαμβάνονται τα επιμέρους συμπεράσματα που έχουν εξαχθεί από κάθε κεφάλαιο.
Abstract (translated): Present research in wireless telecommunications is targeted on achieving high mobility and maximizing the potentials of the radio bus in the same time, concerning line’s capacity and simultaneusly serving a major number of users. The aim is supporting IMT-Advanced (4G) speeds; 100 Μbps download and 50 Μbps upload, with an average spectrum performance three to four times better than HSPA’s. In order to achieve such high speeds, as well as spectrum efficiency, in combination with a fair mobility, it is almost essential as shown in present global research, to apply OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) technics in the physical layer of MIMO or MISO systems, as applied in WiMAX. Thus, in this dissertation, three algorithms for the radio resource allocation problem of the downlink of MISO-OFDMA are proposed. The first two algorithms are aiming at maximizing the sum user’s data rate under restrictions in total available base station’s power and proportional fairness data rate constraints among users. The third algorithm applies constraints of the minimum data rate of each user instead of proportional rate constraints. The proposed algorithms are based on forming a ZF beam, while in the second algorithm space correlation is used. Although all three algorithms are suboptimal, the loss in total data rate is reasonable, since the primary target is maintaining fair justice among users. All three proposed algorithms have fairly low complexity so they could be applied easily with low calculation cost. Therefore, the investigated algorithms could be applied in modern wireless systems such as WiMAX. These algorithms are assessed by simulation using MATLAB® software. Specifically, chapter one includes the introduction of this dissertation. It is referred to its purpose as well as to the methods applied in. In chapter two there is a brief description in modern wireless telecommunication systems. Systems like 3G and Wi-Fi are presented along with a brief history of WiMAX and its characteristics. In the end of this chapter problems concerning wireless broadband bus are presented. In chapter three theoretical elements on OFDM and OFDMA are analysed along with the mathematical expression of the radio resource allocation problem in OFDMA. Moreover an introduction of a mathematical model is included. Chapter four focuses on detail on the mathematical description of the MIMO-MISO line capacity. In chapter five the three proposed algorithms on the downlink of MISO - OFDMA are presented. It concludes with the simulation results accompanied with some comments and conclusions. In chapter six all the conclusions of this dissertation, chapter by chapter are included in brief.
Appears in Collections:Τμήμα Ηλεκτρολ. Μηχαν. και Τεχνολ. Υπολογ. (ΔΕ)

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
Stavros Karagiannakis 5977.pdf2.22 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.