Post on 29-Jul-2015
Θεόδωρος Ντούσκας
Ηλεκτρολόγος Μηχανικός & Μηχανικός Υπολογιστών
ΕΜΠ
ΑΤΡΜΑΣΑ ΤΣΗΜΑΣΑ ΚΙΝΗΣΩΝ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ & ΕΦΑΡΜΟΓΕ
ΤΣΗΜΑΣΑ MIMO & ΧΩΡΟΧΡΟΝΙΚΗ ΚΩΔΙΚΟΠΟΙΗΗ
ΣΕΧΝΙΚΗ ΠΟΛΤΕΠΙΠΕΔΗ ΚΩΔΙΚΟΠΟΙΗΗ
ΤΛΟΠΟΙΗΗ ΣΗ ΣΕΧΝΙΚΗ ESTC
2
3
Η κυψελωτι τθλεφωνία αρικμοφςε πάνω από 5 διςεκατομμφρια χριςτεσ μζχρι τα μζςα του 2010
Για τθν κάλυψθ των αναγκϊν επικοινωνίασ των χρθςτϊν αναπτφχκθκε το πρότυπο GSM
4
Η λειτουργία τουσ ςχετίηεται με τθν κάλυψθ των τελευταίων 30 - 50 μζτρων του δικτφου
Κυριότεροσ εκπρόςωποσ είναι το WiFi (ΙΕΕΕ 802.11)
5
Με τθν ανάπτυξθ των δικτφων 3G ειςιχκθ θ ζννοια του Παγκόςμιου υςτιματοσ Κινθτϊν Επικοινωνιϊν UMTS
6
7
τόχοσ είναι θ ολοκλιρωςθ δικτφων και υπθρεςιϊν και θ ταυτόχρονθ ςφγκλιςθ ςτακερϊν και κινθτϊν επικοινωνιϊν
8
Αναπτφχκθκαν τα πρότυπα DVB-T, DVB-T2 & DVB-Hπου χρθςιμοποιικθκαν ςτθν ανάπτυξθ τθσ τθλεόραςθσ υψθλισ ευκρίνειασ HDTV
DVB 3D-TV: Πρότυπο για τθν τριςδιάςτατθ τθλεόραςθ
9
10
Πρόκειται για ςυςτιματα πολλαπλϊν κεραιϊν εκπομπισ και πολλαπλϊν κεραιϊν λιψθσ
Τιοκετικθκαν ςτο πρότυπο IEEE 802.11n (WiFi) για αφξθςθ του ρυκμοφ μετάδοςθσ ςτα 108 Mbps
11
Κζρδοσ Χωρικήσ Πολυπλεξίασ (Spatial MultiplexingGain, SMG) που αφορά τθν αφξθςθ του ρυκμοφμετάδοςθσ αποςτζλλοντασ διαφορετικά ςφμβολαταυτόχρονα από τισ κεραίεσ εκπομπισ
Κζρδοσ Διάταξησ (Array Gain, AG) που επιτυγχάνεταικυρίωσ ςτθν πλευρά τθσ λιψθσ αξιοποιϊντασ κάποιοςχιμα χωροχρονικισ κωδικοποίθςθσ
Διαφορικό Κζρδοσ (Diversity Gain, DG) το οποίοκακορίηεται από τθν ανεξαρτθςία των διαδρομϊν τουςιματοσ με μζγιςτθ τιμι ίςθ προσ το γινόμενο πλήθοσκεραιϊν εκπομπήσ ∙ πλήθοσ κεραιϊν λήψησ
12
SER(SNR)=D(SNR+AG) D: ↓ ςυνάρτθςθ
SER(SNR)=D(FDG(SNR)) FDG: ↑ ςυνάρτθςθ
13
14
15
τα ςυςτιματα SIMO 1X2 είναι δυνατι θ επίτευξθ διαφορικοφ κζρδουσ και κζρδουσ διάταξθσ μόνο ςτθ λιψθ
τα ςυςτιματα MISO 2X1 είναι δυνατι θ επίτευξθ διαφορικοφ κζρδουσ μόνο ςτθν εκπομπι
τα ςυςτιματα ΜΙΜΟ 2Χ2 επιτυγχάνεται ο ςυνδυαςμόσ των ανωτζρω κερδϊν
16
17
Σφςτημα Μζγιςτο Κζρδοσ Διάταξησ Μζγιςτο Διαφορικό Κζρδοσ
SIMO M M
MISO (Alamouti) 1 N
MIMO (Alamouti) M N∙M
N: Πλικοσ κεραιϊν εκπομπισΜ: Πλικοσ κεραιϊν λιψθσ
Γενικότερα:
18
19
Επίτευξθ Διαφορικοφ Kζρδουσ Σεχνικι Alamouti
Επίτευξθ Kζρδουσ Χωρικισ Πολυπλεξίασ
20
Μζχρι πρόςφατα χρθςιμοποιόταν μόνο ςε ψθφιακάπρότυπα ςυμπίεςθσ βίντεο & εικόνασ (MPEG-4, JPEG)
Επεκτάκθκε θ χριςθ τθσ ςε broadcast & multicastεφαρμογζσ (π.χ. DVB)
Βαςίηεται ςτθ μετάδοςθ τθσ πλθροφορίασ ςεςτρϊματα (layers) ςθμαντικότθτασ
Η απολφτωσ απαραίτθτθ πλθροφορία αποςτζλλεταιμζςω του βαςικοφ ςτρϊματοσ BL και θ υπόλοιπθ μζςωτου βελτιωτικοφ ςτρϊματοσ EL ςχθματίηοντασ τθΔιπλι τρωμάτωςθ (DL)
21
ε κάκε ςτρϊμα αποδίδεται ςυγκεκριμζνο κλάςμα ιςχφοσ και θ επιλογι του ςχιματοσ διαμόρφωςθσ είναι ανεξάρτθτθ από αυτιν του ζτερου ςτρϊματοσ
Επειδι είναι επικυμθτι όςο το δυνατόν αςφαλζςτερθ μετάδοςθ του BL, αποδίδεται ςτο BL μεγαλφτερο κλάςμα ιςχφοσ και πλζον εφρωςτο ςχιμα διαμόρφωςθσ ςε ςφγκριςθ με το EL
Ορίηονται ο λόγοσ ιςχφοσ r και οι ςυντελεςτζσ wBL, wEL
22
23
24
-1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5
-1
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
Quadra
ture
In-Phase
2-QAM
0 1
25
-1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5-1
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
Quadra
ture
In-Phase
4-QAM
0
1
2
3
26
-1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5-1
-0.5
0
0.5
1
Quadra
ture
In-Phase
(1,1)
(0,0) (0,2) (1,0) (1,2)
(1,3) (0,3) (0,1)
BL 2QAM - EL 4QAM r =1
27
MLD: Ανίχνευςθ Μζγιςτθσ Πικανοφάνειασh: υνιςτϊςα Διαφλουn: υνιςτϊςα κορφβου Gauss
28
Αρχι λειτουργίασ τθσ ESTC
29
-5 0 5 10 15 20 25 3010
-4
10-3
10-2
10-1
100
SNR (dB)
BE
RBasic Layer on MIMO & SISO with r=5
2-Qam Alamouti 2X2
2-Qam Alamouti 2X1
2-Qam SISO
30
-5 0 5 10 15 20 25 3010
-5
10-4
10-3
10-2
10-1
100
SNR (dB)
BE
REnhancement Layer on MIMO & SISO with r=5
2-Qam Alamouti 2X2
2-Qam Alamouti 2X1
2-Qam SISO
31
32
-5 0 5 10 15 20 2510
-5
10-4
10-3
10-2
10-1
100
SNR (dB)
BE
RBL Performance for MIMO 2X2 on Rayleigh channel
BL 2-Qam Alamouti 2X2 for r=2
BL 2-Qam Alamouti 2X2 for r=3
BL 2-Qam Alamouti 2X2 for r=5
BL 2-Qam Alamouti 2X2 for r=8
33
-5 0 5 10 15 20 2510
-5
10-4
10-3
10-2
10-1
100
SNR (dB)
BE
REL Performance for MIMO 2X2 on Rayleigh channel
EL 4-Qam Alamouti 2X2 for r=2
EL 4-Qam Alamouti 2X2 for r=3
EL 4-Qam Alamouti 2X2 for r=5
EL 4-Qam Alamouti 2X2 for r=8
34
35
-5 0 5 10 15 20 2510
-5
10-4
10-3
10-2
10-1
100
SNR (dB)
BE
R
Comparison DL-SL on Rayleigh channel & r = 4
BL 4-Qam Alamouti 2X1
EL 4-Qam Alamouti 2X1
BL 4-Qam Alamouti 2X2
EL 4-Qam Alamouti 2X2
SL 16-Qam Alamouti 2X1
SL 16-Qam Alamouti 2X2
Χριςθ Alamouti Ρυκμόσ μετάδοςθσ ίδιοσ με ςφςτθμα SISO
Χωρίσ χριςθ Alamouti ςτο EL Διπλάςιοσ ρυκμόσ μετάδοςθσ ςτο ςτρϊμα αυτό
Σο BL αποςτζλλεται πάντοτε κωδικοποιθμζνο με τθν τεχνικι Alamouti για αςφαλζςτερθ μετάδοςθ του περιεχομζνου του
36
37
-5 0 5 10 15 20 2510
-5
10-4
10-3
10-2
10-1
100
SNR (dB)
BE
R
Performance of DL for MIMO 2X1, 2X2 on Rice channel & r = 7
BL 4-Qam Alamouti 2X1
EL 16-Qam Alamouti 2X1
BL 4-Qam Alamouti 2X2
EL 16-Qam Alamouti 2X2
38
-5 0 5 10 15 20 2510
-5
10-4
10-3
10-2
10-1
100
SNR (dB)
BE
R
Performance of DL for MIMO 2X1, 2X2 on Rice channel & r = 7
BL 4-Qam Alamouti 2X1
EL 4-Qam NO Alamouti 2X1
BL 4-Qam Alamouti 2X2
EL 4-Qam NO Alamouti 2X2
39
-5 0 5 10 15 20 25 3010
-5
10-4
10-3
10-2
10-1
100
SNR (dB)
BE
R
Performance of DL for MIMO 4X1, 4X2 , 4X4 on Rayleigh channel & r = 6
BL 2-Qam Alamouti 4X1
EL 4-Qam Alamouti 4X1
BL 2-Qam Alamouti 4X2
EL 4-Qam Alamouti 4X2
BL 2-Qam Alamouti 4X4
EL 4-Qam Alamouti 4X4
40
-5 0 5 10 15 20 25 3010
-5
10-4
10-3
10-2
10-1
100
SNR (dB)
BE
R
Performance of DL for MIMO 2X1, 2X2 on Rayleigh channel & r = 6
BL 2-Qam Alamouti 2X1
EL 4-Qam Alamouti 2X1
BL 2-Qam Alamouti 2X2
EL 4-Qam Alamouti 2X2
Χριςθ Alamouti Ρυκμόσ μετάδοςθσ ίδιοσ με ςφςτθμα SISO
Χωρίσ χριςθ Alamouti ςτο EL Σετραπλάςιοσ ρυκμόσ μετάδοςθσ ςτο ςτρϊμα αυτό
Σο BL αποςτζλλεται πάντοτε κωδικοποιθμζνο με τθν τεχνικι Alamouti για αςφαλζςτερθ μετάδοςθ του περιεχομζνου του
41
42
-5 0 5 10 15 20 25 30
10-4
10-3
10-2
10-1
100
SNR (dB)
BE
R
Performance of DL for MIMO 4X1, 4X2 , 4X4 on Rayleigh channel & r = 7
BL 2-Qam Alamouti 4X1
EL 16-Qam Alamouti 4X1
BL 2-Qam Alamouti 4X2
EL 16-Qam Alamouti 4X2
BL 2-Qam Alamouti 4X4
EL 16-Qam Alamouti 4X4
43
-5 0 5 10 15 20 25 3010
-5
10-4
10-3
10-2
10-1
100
SNR (dB)
BE
R
Performance of DL for MIMO 4X1, 4X2 , 4X4 on Rayleigh channel & r = 7
BL 2-Qam Alamouti 4X1
EL 2-Qam NO Alamouti 4X1
BL 2-Qam Alamouti 4X2
EL 2-Qam NO Alamouti 4X2
BL 2-Qam Alamouti 4X4
EL 2-Qam NO Alamouti 4X4
44
-5 0 5 10 15 20 25 3010
-4
10-3
10-2
10-1
100
SNR (dB)
BE
R
Performance of DL for MIMO 4X1, 4X2 , 4X4 on Lognormal-Rayleigh channel & r = 7
BL 2-Qam Alamouti 4X1
EL 4-Qam Alamouti 4X1
BL 2-Qam Alamouti 4X2
EL 4-Qam Alamouti 4X2
BL 2-Qam Alamouti 4X4
EL 4-Qam Alamouti 4X4
Η μεταβολι του λόγου ιςχφοσ r επιδρά μεδιαφορετικό τρόπο ςτα BL και EL
Από τθ ςφγκριςθ SL & DL αποδείχκθκε ότι θ τεχνικιESTC επιτυγχάνει το ςκοπό τθσ για αςφαλζςτερθμετάδοςθ τθσ πλθροφορίασ που περιζχει το BL
Για φαςματικά ιςοδφναμα ςυςτιματα, τα ςυςτιματα2Χ1,2Χ2 παρουςιάηουν καλφτερθ επίδοςθ με χριςθτθσ τεχνικισ Alamouti και ςτα δφο ςτρϊματα, ενϊ τοςφςτθμα 4Χ4 παρουςιάηει καλφτερα αποτελζςματαςτθν περίπτωςθ μθ χρθςιμοποίθςθσ τθσ τεχνικισAlamouti ςτο EL
45
Σα αποτελζςματα των ςυςτθμάτων 4Χ1,4Χ2 δεν ιταντα προςδοκϊμενα εξαιτίασ τθσ μθ επίτευξθσ πλιρθσορκογωνοποίθςθσ του διαφλου
Σο ςφςτθμα 4Χ4 είναι καλφτερο όλων των υπολοίπωνλόγω επίτευξθσ κερδϊν διαφοριςμοφ και διάταξθσ ςτθλιψθ
Για δίαυλο με ιδιαίτερα δυςμενείσ ςυνκικεσ, ταςυςτιματα 4Χ1,4Χ2,4Χ4 αποτελοφν αποδοτικότερθλφςθ ςε ςφγκριςθ με τα ςυςτιματα 2Χ1,2Χ2.Μειονζκτθμα αποτελοφν οι περιοριςμοί ωσ προσ τοκόςτοσ και το χϊρο
46
Π. Γ. Κωττισ, Π-Δ. Μ. Αράπογλου, “Αςφρματεσ Επικοινωνίεσ”, Εκδόςεισ Σηιόλα, 1θ ζκδοςθ, 2011
Chih-Hung Kuo, C.-C. Jay Kuo, “An Embedded Space-Time Coding (STC) Scheme for Broadcasting”, IEEE Transactions on Broadcasting, vol. 53, no. 1,March 2007
Μ. Ε. Θεολόγου, “Δίκτυα Κινθτϊν & Προςωπικϊν Επικοινωνιϊν” , Εκδόςεισ Σηιόλα, 1θ ζκδοςθ, 2008
A. Paulraj, R. Nabar, D. Gore, “Introduction to Space-Time Wireless Communications”, Cambridge Univ. Press, 2003
47