Συστήματα πολλαπλής μετάδοσηςπολλαπλής λήψης για ασύρματα δίκτυα. Κωνσταντίνος Πέππας Αθήνα, 22 Μαρτίου 2006

Transcript

1 Συστήματα πολλαπλής μετάδοσηςπολλαπλής λήψης για ασύρματα δίκτυα Κωνσταντίνος Πέππας Αθήνα 22 Μαρτίου 26

2 Το πρόβλημα των διαλείψεων στις ασύρματες επικοινωνίες (I Μη αξιόπιστη η επικοινωνία σε δίαυλο με έντονες διαλείψεις Σε δίαυλο AWG η πιθανότητα σφάλματος ενός bit για διαμόρφωση BPSK είναι ίση με P = Q 2 E o b Q ( x Για δίαυλο με διαλείψεις Rayleigh και για την ίδια τεχνική διαμόρφωσης η αντίστοιχη πιθανότητα είναι ίση με P = β.5 β + β = 2π = x exp(- Ε(α όπου α τυχαία μεταβλητή κατανεμημένη κατά Rayleigh 2 t 2 / 2 dt E b o

3 Το πρόβλημα των διαλείψεων στις ασύρματες επικοινωνίες (II Για Ε(α 2 = φαίνεται η γραφική παράσταση των δύο πιθανοτήτων Απαιτείται μεγαλύτερος λόγος σήματοςπροςθόρυβο προκειμένου να επιτευχθεί η ίδια πιθανότητα σφάλματος. Δυνατές λύσεις: Διαφορική λήψη (diversity ήχρήση κατάλληλης κωδικοποίησης (coding.

4 Διαφορική λήψη (diversity Diversity: Στον δέκτη αποστέλλονται πολλαπλά αντίγραφα του ίδιου σήματος πληροφορίας. Τα αντίγραφα είναι ασυσχέτιστες τυχαίες μεταβλητές. Frequency diversity: Το ίδιο σήμα πληροφορίας μεταδίδεται από L φέροντα. Η διαφορά συχνοτήτων μεταξύ δύο διαδοχικών φερόντων είναι μεγαλύτερη ή ίση του εύρους ζώνης συνοχής του καναλιού. Time diversιty: Το ίδιο σήμα πληροφορίας μεταδίδεται σε L σχισμές (slots. Η διαφορά μεταξύ δύο διαδοχικών σχισμών είναι μεγαλύτερηήίσητουχρόνουσυνοχήςτουκαναλιού. Antenna diversity: Χρησιμοποιείται μία κεραία μετάδοσης και L κεραίες λήψης. Η απόσταση μεταξύ των κεραιών λήψης είναι τέτοια ώστε τα σήματα λήψης να είναι ασυσχέτιστα.

5 Τεχνικές πολλαπλής μετάδοσης πολλαπλής λήψης (ΜΙΜΟ Επέκταση της ιδέας της διαφορικής λήψης: Χρήση πολλαπλών κεραιών στην εκπομπή και τη λήψη Διαλείψεις δεν θεωρούνται πλέον απαραίτητα αίτιο για τον περιορισμό των επιδόσεων ενός ασύρματου συστήματος Σε πολλές περιπτώσεις οι διαλείψεις μπορούν να βελτιώσουν τις επιδόσεις του συστήματος Χρήση της χωρικής διάστασης (διάνυσμα θέσης κεραιών εκπομπής και λήψης σε συνδυασμό με την αντίστοιχη χρονική (διαμόρφωση και κωδικοποίηση για τη βελτίωση των επιδόσεων του συστήματος

6 Πλεονεκτήματα των τεχνικών πολλαπλής μετάδοσης πολλαπλής λήψης ( Περιορισμός του φαινομένου της διασυμβολικής παρεμβολής Αποδοτικότερη χρήση του διαθέσιμου φάσματος χρησιμοποιώντας χωρική πολυπλεξία: Πολλαπλές ροές μετάδοσης δεδομένων αύξησητουρυθμούμετάδοσης. Αύξηση της χωρητικότητας του καναλιού βελτίωση της ποιότητας της ζεύξης.

7 Πλεονεκτήματα των τεχνικών πολλαπλής μετάδοσης πολλαπλής λήψης (2 s C = log 2 + Tx Rx S Tx 2 s 2 Rx 2 Tx s C log 2 + S Rx P watts number of antennas in the smaller of the transmit and receive arrays Η χωρητικότητα του καναλιού ΜΙΜΟ είναι κατά προσέγγιση ακέραιο πολλαπλάσιο της αντίστοιχης του SISO Τυπική χωρητικότητα καναλιού με χρήση συμβατικών τεχνικών διαμόρφωσης και κωδικοποίησης: 3bits/sec/Hz Τυπική χωρητικότητα καναλιού χρησιμοποιώντας τεχνική BLAST: 42 bits/sec/hz!

8 Γενικό μαθηματικό μοντέλο καναλιού ΜΙΜΟ Η κρουστική απόκριση του καναλιού μεταξύ της j-οστής κεραίας εκπομπής (j = 2... Μ T και της i-οστής κεραίας λήψης (i = 2... Μ R είναι h ij (τt Ο πίνακας της κρουστικής απόκρισης του καναλιού διαστάσεων Μ R x Μ T είναι Σχέση εισόδου εξόδου: (t y i Tx Rx (t s j = ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( t h t h t h t h t h t h t h t h t h t T R R R T T τ τ τ τ τ τ τ τ τ τ L O L L H = = T j j j i i t s t h t y ( ( ( τ

9 Χωρητικότητα καναλιού ΜΙΜΟ ( Χωρητικότητα καναλιού SISO: Κανάλι SIO: C B log 2 ( + SR Υποθέτουμε ότι έχουμε Ν κεραίες στη λήψη Αν τα σήματα στην λήψη έχουν ίδιο πλάτος μπορούν να προστεθούν σύμφωνα (coherently άρα η ισχύς του συνολικού σήματος είναι Ν 2 φορές η ισχύς του σήματος εκπομπής Ο θόρυβος στην λήψη προστίθεται ασύμφωνα άρα η ισχύς του πολλαπλασιάζεται επί Ν 2 Signal _ Power SR = SR oise _ Power Η χωρητικότητα του καναλιού SIO είναι τελικά ίση με C B log 2 ( + SR

10 Χωρητικότητα καναλιού ΜΙΜΟ (2 Κανάλι ΜΙSO: Υποθέτουμε ότι έχουμε κεραίες στον πομπό Αν υποθέσουμε κανάλι άγνωστο στον πομπό η ισχύς των σημάτων κάθε κεραίας εκπομπής διαιρείται δια Μ Αν τα σήματα στην λήψη έχουν ίδιο πλάτος μπορούν να προστεθούν σύμφωνα (coherently άρα η ισχύς του συνολικού σήματος στη λήψη είναι Μ 2 φορές η ισχύς του σήματος εκπομπής Επειδή έχουμε μόνο μια κεραία λήψης ο θόρυβος παραμένει ίδιος 2 Signal _ Power / SR = SR oise _ Power Η χωρητικότητα του καναλιού ISO είναι τελικά ίση με C B log 2 ( + SR

11 Χωρητικότητα καναλιού ΜΙΜΟ (3 Κανάλι ΜIO σε όλες τις κεραίες εκπομπής εφαρμόζεται το ίδιο σήμα. Συνδυασμός πλεονεκτημάτων ISO και SIO Η χωρητικότητα του καναλιού IO είναι τελικά ίση με C B log 2 ( + SR H χωρητικότητα είναι μεγαλύτερη των συστημάτων ISO και SIO Λόγω της λογαριθμικής εξάρτησης από το SR αύξηση της χωρητικότητας αυξάνοντας την ισχύ μετάδοσης μπορεί να είναι ασύμφορη.

12 Χωρητικότητα καναλιού ΜΙΜΟ (4 Κανάλι ΜIO σε όλες τις κεραίες εκπομπής εφαρμόζεται διαφορετικό σήμα. Υποθέτουμε Ν Μ ώστε όλα τα σήματα μετάδοσης να αποκωδικοποιηθούν στο δέκτη. Δημιουργία ενός καναλιού για κάθε κεραία μετάδοσης με χωρητικότητα C B log 2 ( + SR Επειδή έχουμε Μ τέτοια κανάλια η συνολική χωρητικότητα πολλαπλασιάζεται επί Μ. Γραμμική αύξηση της χωρητικότητας με τον αριθμό των κεραιών μετάδοσης. Η μετάδοση δεδομένων χρησιμοποιώντας έναν αριθμό από κανάλια χαμηλής σχετικά ισχύος είναι πιο συμφέρουσα από το να χρησιμοποιηθεί ένα υψηλής ισχύος

13 Αναλυτική έκφραση χωρητικότητας καναλιού ΜΙΜΟ Επίπεδο κανάλι: C = B log 2 det I m + Es T o HH H Επιλεκτικό ως προς τη συχνότητα: E C s H f f df FS R = log 2 det I + H( H( B T

14 Τεχνικές βέλτιστης ανάθεσης ισχύος βασισμένες στον μετασχηματισμό SVD ( Θεωρούμε δίαυλο ΜΙΜΟ με επίπεδες διαλείψεις Μετασχηματισμός SVD του πίνακα Η: Σχέση εισόδου εξόδου του διαύλου: Θεωρούμε γραμμικούς μετασχηματισμούς: Σχέση εισόδου-εξόδου: r = D x + n H H= U D V H r = U D V x+ n r = x = n = r i = λi x i + n i i = 2 Lr όπου λ i οι ιδιάζουσες τιμές του Η και r o βαθμός του r = n i = r + r + 2 LΜ i i R Ο δίαυλος αποτελείται από r παράλληλους και ανεξάρτητους διαύλους SISO Ισχύς μετάδοσης σε κάθε κεραία εκπομπής: E s T Es Ισχύς στη λήψη για τον i-οστό παράλληλο δίαυλο: Pi = λi r Χωρητικότητα καναλιού: E = + s C W 2 i i= T T U V U H H H r x n H H H

15 Τεχνικές βέλτιστης ανάθεσης ισχύος βασισμένες στον μετασχηματισμό SVD (2 { 2 } γ η μεταφερόμενη ισχύς μέσω κάθε παράλληλης συνιστώσας i = Ε x i του διαύλου ΜΙΜΟ. Πρόβλημα βελτιστοποίησης: Μεγιστοποίησε την χωρητικότητα με τον r περιορισμό: γ = i= i T Διατύπωση του προβλήματος: Αναλυτική λύση: T μ Esλ opt = γi i + C = max r γ = i= ( x + i r i= T T log E 2 + x αν x = αν x < γ i s λ i Αριθμητική λύση με αλγόριθμο water-pouring

16 Aλγόριθμος water-pouring Αρχικοποίησε μετρητή επαναλήψεων p =. Υπολογισμός της ποσότητας Χρησιμοποιούμενα κανάλια Μη χρησιμοποιούμενα κανάλια r = + p + T μ r p + Es i= λi Υπολογισμόςισχύοςαπόκάθε παράλληλο δίαυλο: T = μ Esλi γ i + i = 2 Lr p + opt γ E T sλ opt γ 2 T Esλ2 opt γ 3 T Esλ3 T E λ s r T E λ s r Αν γ i < θέσε ως βέλτιστη τιμή τη μηδενική. p++. Επανέλαβε την ανωτέρω διαδικασία μέχρις ότου γ i >

17 Τεχνική Αlamouti ( Ιστορικά ο πρώτος κώδικας space-time ο οποίος εκμεταλλεύεται πλήρως τα πλεονεκτήματα της διαφορικής λήψης Χρησιμοποιούνται δύο κεραίες εκπομπής αλλά εφαρμόζεται και με δύο κεραίες εκπομπής δύο λήψης. Ένα μπλοκ δύο συμβόλων x και x 2 κωδικοποιείται πριν από τη μετάδοση σύμφωνα με τον πίνακα X O πίνακας Χ είναι ορθογώνιος x x x 2 = 2 x

18 Τεχνική Alamouti (2 Κωδικοποίηση και μετάδοση των δεδομένων πληροφορίας από τον πομπό Συνδυασμός των σημάτων στο δέκτη Εκτίμηση του σήματος εκπομπής χρησιμοποιώντας αλγόριθμο μεγίστης πιθανοφανείας n n s s Εκτίμηση καναλιού h Κεραία μετάδοσης Κεραία μετάδοσης 2 h h2 Κεραία λήψης Κεραία λήψης 2 h Συνδυαστής (combiner h 2 h 3 Εκτίμηση καναλιού s s n n 2 3 Κεραία Κεραία 2 h h h ~ s ~ s h 3 h2 h3 t t + T s s s s h = a exp( jθ i i i Εκτίμηση μεγίστης πιθανοφάνειας

19 Τεχνική BLAST (Bell Labs Layered Space- Time Ν Τ σήματα πληροφορίας μεταδίδονται ταυτόχρονα στην ίδια μπάντα συχνοτήτων χρησιμοποιώντας Ν Τ κεραίες εκπομπής. Περιβάλλον με έντονα χαρακτηριστικά σκέδασης. Όσο εντονότερα τα χαρακτηριστικά αυτά τόσο ανώτερες οι επιδόσεις της τεχνικής Στον δέκτη Ν R Ν Τ κεραίες λήψης διαχωρίζουν και ανιχνεύουν τα σήματα πληροφορίας Ο διαχωρισμός των σημάτων περιλαμβάνει περιορισμό ή/και καταστολή παρεμβολών. Αναδρομικός αλγόριθμος διαχωρισμού των σημάτων ο οποίος συγκλίνει ταχύτατα. Η αποκωδικοποίηση των σημάτων γίνεται με συμβατικές τεχνικές που αφορούν μονοδιάστατα σήματα πράγμα το οποίο οδηγεί σε δέκτες μικρής πολυπλοκότητας.

20 Vertical BLAST Η πληροφορία διαχωρίζεται σε Ν Τ σήματα τα οποία διαμορφώνονται και μεταδίδονται ένα από κάθε κεραία μετάδοσης χωρίς κωδικοποίηση. Κάθε μονάδα επεξεργασίας ενός από τα Ν Τ σήματα ορίζεται ως στρώμα (layer Τα διαμορφωμένα Ν Τ σήματα οργανώνονται σε έναν πίνακα Χ ο οποίος έχει Ν Τ γραμμές και L στήλες όπου L το μήκος του σήματος. Η t τάξης στήλη του πίνακα Χ περιέχει τα διαμορφωμένα σήματα [ x t x 2 t T L x ] t = 2 LL t Σε δεδομένη χρονική στιγμή t ο πομπός μεταδίδει την t τάξης στήλη του πίνακα Χ ένα στοιχείο ανά κεραία μετάδοσης. Ο όρος κατακόρυφος (vertical έχει σχέση με τον τρόπο με τον οποίο σχηματίζονται οι στήλες του πίνακα X. Επιπρόσθετες τεχνικές κωδικοποίησης (block συνελικτικές μπορούν να εφαρμοστούν πριν από τη διαμόρφωση κάθε συμβόλου για βελτίωση των επιδόσεων του συστήματος.

21 Αξιολόγηση των επιδόσεων των τεχνικών ΜΙΜΟ στο επίπεδο συστήματος Οι βελτιώσεις που επιφέρουν τα συστήματα ΜΙΜΟ στο επίπεδο ζεύξης δεν μεταφράζονται πάντοτε σε βελτιώσεις στο επίπεδο συστήματος. Η αξιολόγηση της επίδοσης κάθε μιας ζεύξης στο επίπεδο συστήματος έχει απαγορευτικό υπολογιστικό κόστος. Ανάγκη εξεύρεσης μαθηματικών μοντέλων τα οποία δίνουν ένα μέτρο της επίδοσης του δέκτη ως συνάρτηση των στιγμιότυπων του καναλιού κατά τη διάρκεια ενός συμβόλου Ένατέτοιομοντέλοείναιμέσοςλόγοςσήματοςπροςθόρυβο+ παρεμβολή SIR Για κάθε τερματικό υπολογίζεται το FER από καμπύλες της μορφής FER = F(SIR. Οι καμπύλες αυτές λαμβάνουν υπ όψιν ένα μεγάλο αριθμό παραμέτρων όπως ταχύτητα διαλείψεις ολίσθηση Doppler. Λαμβάνεται ο μέσος όρος ενός μεγάλου αριθμού δειγμάτων τα οποία συγκλίνουν στατιστικά Ο θόρυβος και οι παρεμβολές μοντελοποιούνται ως στοχαστικές ανελίξεις λευκού θορύβου.

22 Μειονεκτήματα του λόγου SIR ως μοντέλου διασύνδεσης. Το μέτρο SIR μπορεί να χρησιμοποιηθεί μόνο όταν διάρκεια της δομικής μονάδας κωδικοποίησης (coding block είναι σημαντικά μεγαλύτερη από το χρόνο συνοχής του καναλιού (Δίκτυα μεταγωγής κυκλώματος. Η παρεμβολή μοντελοποιείται ως λευκός θόρυβος Gauss. Η υπόθεση δεν είναι έγκυρη για συστήματα ΜΙΜΟ τα οποία εκμεταλλεύονται την χωρική διάσταση για καταστολή των παρεμβολών

23 Προτεινόμενη λύση: Διασύνδεση: Επίπεδο συστήματος: Δίκτυο πολλαπλών ζεύξεων H C FER Υπολογισμός ενός στιγμιαίου μεγέθους C=C(H Επίπεδο ζεύξης: Καμπύλες FER(C Ρεαλιστική μοντελοποίηση ταχέων διαλείψεων και μοντέλων καναλιών ΜΙΜΟ στο επίπεδο συστήματος. Εισαγωγή ενός βαθμωτού μεγέθους C το οποίο δίνει την πιθανότητα απόρριψης ενός frame συναρτήσει των παραμέτρων διάδοσης Αποτέλεσμα: Ανάγκη υπολογισμού πινάκων κρουστικών αποκρίσεων για κάθε τερματικό σε χρονικές στιγμές της τάξης των ms Αυξημένη υπολογιστική πολυπλοκότητα σε σχέση με τις παραδοσιακές μεθόδους.

24 Μαθηματική περιγραφή του μεγέθους C: ( ( Error Frame Pr o b o b E C f E FER H H = = + = H 2 det log HH I o b E C Επίπεδο κανάλι παρεμβολές θεωρούνται λευκός θόρυβος ( ( FrameError Pr o b o b E C f E FER k 2 k 2 H H H H H H H H L L = = = + = + = k i bi o b o E E C H 2 det log H i i I I I H H R R HH I Επίπεδο κανάλι k τερματικά παρεμβάλλουν

25 Ενδεικτικές καμπύλες FER = f(c

26 Μοντέλα καναλιού ΜΙΜΟ για προσομοιώσεις επιπέδου συστήματος: Στοχαστικό μοντέλο βασισμένο στη γεωμετρία (3GPP-3GPP2 ( Μοντελοποίηση παραμέτρων που σχετίζονται με τη γεωμετρία του περιβάλλοντος και τη φύση των παρεμβολών Οι γεωμετρικές τοποθεσίες των σκεδαστών λαμβάνονται με τυχαίο τρόπο από δεδομένη συνάρτηση πυκνότητας πιθανότητας. Κάθε σκεδαστής μεταφέρει μόνο μία πολλαπλή διαδρομή Τo σήμα λήψης στο δέκτη αποτελείται από καθυστερημένες κατά Ν περιόδους εκδοχές του μεταδιδόμενου σήματος όπου είναι ο αριθμός των πολλαπλών διαδρομών Κάθε διαδρομή αποτελείται από δευτερεύουσες διαδρομές Συγκρότημ α n Δευτερεύουσα διαδρομή m Δ n m AoA Στοιχειοκεραία εκπομπής Δ n m AoD θ n m AoA δ n AoA Ω S θv v Ω BS δ n AoD θ S θ n m AoD Στοιχειοκεραία λήψης θ BS Κατεύθυνση της κίνησης του τερμ ατικ ού

27 Μοντέλα καναλιού ΜΙΜΟ για προσομοιώσεις επιπέδου συστήματος: Στοχαστικό μοντέλο βασισμένο στη γεωμετρία (3GPP-3GPP2 (2 Κρουστική απόκριση του καναλιού μεταξύ της κεραίας μετάδοσης t και της κεραίας λήψης r : n= m= α n : πλάτος του n-οστού τμήματος πολλαπλών διαδρομών φ n : ολίσθηση φάσης του σκεδαστή τ n : χρονική καθυστέρηση θ n : Κατεύθυνση άφιξης v 2 jπ tcosθ jφnm λ nmt αnme e δ( t τnm ar ( nmr h( t = a ( θ θ t : Αριθμός των τμημάτων πολλαπλών διαδρομών στο υπό θεώρηση σενάριο : Αριθμός ακτινών σε κάθε ομάδα συγκέντρωσης των σκεδαστών a r (θ: ισχύς της κεραίας εκπομπής υπολογιζόμενη για την κατεύθυνση άφιξης θ a t (θ: ισχύς της κεραίας λήψης υπολογιζόμενη για την κατεύθυνση αναχώρησης θ θ : Η γωνία που σχηματίζει η κατεύθυνση της προσπίπτουσας ακτίνας στο κινητό τερματικό και της κατεύθυνσης της κίνησης

28 Μοντέλα καναλιού ΜΙΜΟ για προσομοιώσεις επιπέδου συστήματος: Στοχαστικό μοντέλο βασισμένο σε πίνακες συσχέτισης ( Μοντέλο φίλτρου FIR: L ( = ( τ Hτ Hδ τ l= l l s z - z - z - Καθυστέρηση Καθυστέρηση 2 Καθυστέρηση L- Η (τ Η 2 (τ 2 Η L (τ L x x x Αθροιστής Aθροιστής σημάτων x H συσχέτιση μεταξύ των κεραιών λήψης είναι ανεξάρτητη από τη συσχέτιση μεταξύ των κεραιών μετάδοσης και αντιστρόφως Οι αποστάσεις μεταξύ των διπόλων κάθε στοιχειοκεραίας είναι πολύ μικρότερες από την απόσταση μεταξύ των δύο στοιχειοκεραιών Οι πίνακες συσχέτισης θεωρούνται σταθεροί κατά τη διάρκεια της κρουστικής απόκρισης του καναλιού

29 Μοντέλα καναλιού ΜΙΜΟ για προσομοιώσεις επιπέδου συστήματος: Στοχαστικό μοντέλο βασισμένο σε πίνακες συσχέτισης (2 Σε πρακτικές εφαρμογές χρησιμοποιείται το ακόλουθο μοντέλο H = R 2 r H w R 2 t Η w είναι πίνακας διαστάσεων R T με στοιχεία i.i.d μιγαδικές τυχαίες μεταβλητές Gauss μηδενικής μέσης τιμής και μοναδιαίας διασποράς R t R r είναι οι πίνακας συσχέτισης των κεραιών εκπομπής και λήψης αντίστοιχα

30 Πλατφόρμα προσομοιώσεων Σκοπός των προσομοιώσεων Συγκριτική αξιολόγηση επίδοσης τεχνικών ΜΙΜΟ και SISO για ΗSDPA και Hiperlan/2 Τεχνικά προβλήματα: Ανάγκη για υλοποίηση ρεαλιστικού μοντέλου διαύλου ΜΙΜΟ. Προσομοίωση ταχέων διαλείψεων στο επίπεδο συστήματος. Ρεαλιστική προσομοίωση των αλγορίθμων επιπέδου ζεύξης (π.χ. ανάθεση ισχύος βασισμένη σε μετασχηματισμό SVD

31 Μοντελοποίηση του HSDPA και του Hiperlan/2 στην πλατφόρμα προσομοιώσεων HSDPA: 9 εξαγωνικές κυψέλες ακτίνας 4m κεραίες τριών τομέων Hiperlan/2: 6 AP πλευράς 7m ομοιοκατευθυντικές κεραίες Περιβάλλον διάδοσης: ΗSDPA: εξωτερικού χώρου Ηiperlan/2: εσωτερικού χώρου (αεροδρόμιο εξωτερικού χώρου (αστικό κέντρο Υπηρεσίες: Web 64kbps FTP 384kbps Αριθμός κεραιών στον πομπό και το δέκτη: HSDPA: 2Tx 2Rx Hiperlan/2: 2Tx 2Rx και 4Tx4Rx Cell of interest Interfering cells

32 Μεγέθη που προσομοιώνονται: Διέλευση συστήματος (throughput: ο αριθμόςτωνbits τα οποία μεταδόθηκαν επιτυχώς για μία καθορισμένη χρονική περίοδο Διέλευση ανά πλαίσιο: Throughput ρ ode_user : Ο ρυθμός μετάδοσης δεδομένων για κάθε χρήστη τ overhead : To ποσοστό του πλαισίου AC που δεν περιέχει πληροφορία β: Επιβάρυνση λόγω CRC. PER: Ρυθμός εσφαλμένων πακέτων. Ικανοποιημένοι χρήστες: ( overhead / frame[ bps ] = ρ ode[ bps] _ User( i β PER user( i i= τ frame Ο χρήστης δεν απορρίπτεται όταν ζητά σύνδεση με το τηλεπικοινωνιακό δίκτυο Ο χρήστης χαρακτηρίζεται από ικανοποιητική ποιότητα επικοινωνίας για χρονικό διάστημα μεγαλύτερο από το 95% της τηλεπικοινωνιακής συνόδου του Οχρήστηςδεναπορρίπτεταιαπότοσύστημακατάτηδιάρκειατηςτηλεπικοινωνιακής συνόδου του Αριθμητικό παράδειγμα: Χρήστης Web 64Kbps χρόνος προσομοίωσης 3min χαρακτηρίζεται ως ικανοποιημένος αν η διέλευσή του είναι μεγαλύτερη ή ίση από.95x64x8 bits = 944bits τ

33 Αλγόριθμοι χρονοπρογραμματισμού πακέτων για HSDPA και Hiperlan/2 Εκτέλεση του αλγορίθμου στο τέλος κάθε πλαισίου (κάθε 2ms Ουρά προτεραιότητας των χρηστών του δικτύου με βάση το μέγεθος C (ή τολόγοsir Κάθε χρήστης χρησιμοποιεί ουρά (buffer στην οποία αποθηκεύονται τα bits που στέλνονται από το σταθμό βάσης ανάλογα με την υπηρεσία Ο χρήστης με το μεγαλύτερο C (ή τολόγοsir εξυπηρετείται πρώτος Στο HSDPA: Ένας χρήστης εξυπηρετείται κάθε TTI. O αριθμός των bits που λαμβάνει είναι n = data rate x AC duration x (-FER Όταν ο buffer εξαντληθεί εξυπηρετείται ο χρήστης με το αμέσως επόμενο μικρότερο C Στο Hiperlan/2: Πριν την εκτέλεση υπολογίζεται το ποσοστό της διάρκειας του frame για το οποίο ο χρήστης λαμβάνει δεδομένα Όταν για δεδομένο χρήστη ο χρόνος αυτός εξαντληθεί εξυπηρετείται ο χρήστης με το αμέσως επόμενο μικρότερο C

34 Παράμετροι προσομοίωσης του ΗSDPA Αριθμός κυψελών Σχήμα κυψελών Ακτίνα της κυψέλης Μοντέλο διάδοσης Λογαριθμο-κανονική σκίαση Κινητικότητα των χρηστών Μοντέλο καναλιού ΜΙΜΟ 9 Εξαγωνικό με κεραίες τριών τομέων 4m PL = log ( d 8dB Ταχύτητες οχημάτων και ταχύτητες βαδίσματος Στοχαστικό μοντέλο βασισμένο στη γεωμετρία και στοχαστικό μοντέλο βασισμένο σε πίνακες συσχέτισης Πρότυπο ακτινοβολίας των κεραιών Ρυθμοί μετάδοσης δεδομένων για προσομοιώσεις SISO και IO Τεχνική μετάδοσης Υπηρεσίες Ισοδύναμο φορτίο ανά τομέα A(θ = -min[2(θ/θ 2 A max ] 8 θ 8.8bps 3.6bps 5.4bps.8bps Alamouti 2x2 Περιήγηση στον Web SAF =.6 και FTP SAF=.4 3bps 6bps και 9bps

35 Παράμετροι προσομοίωσης του Hiperlan/2 Αριθμός Access Points Σχήμα κυψελών Μέγεθος της κυψέλης Μοντέλο διάδοσης Λογαριθμο-κανονική σκίαση 6 Τετραγωνικό ομοιοκατευθυντικές κεραίες 7m P L = log d αεροδρόμιο 8dB γιατοαεροδρόμιοκαιdb γιατοαστικόκέντρο P L =.7 + 2log d +. 3 d 46 αστικό κέντρο Κινητικότητα των χρηστών.8km/h για το αεροδρόμιο 3km/h γιατοαστικόκέντρο Μοντέλο καναλιού ΜΙΜΟ Στοχαστικό μοντέλο βασισμένο σε πίνακες συσχέτισης Ρυθμοί μετάδοσης δεδομένων Τεχνική μετάδοσης και 54bps Τεχνικές κλειστού βρόχου ανάθεσης ισχύος βασισμένες σε μετασχηματισμό SVD Υπηρεσίες Περιήγηση στον Web SAF =.4 και FTP SAF=.6 Ισοδύναμο φορτίο ανά AP και 54bps

36 Αποτελέσματα προσομοιώσεων ΗSDPA SISO Vs IO ( Συγκριτική μέση διέλευση του συστήματος HSDPA για διαφορετικά φορτία Ποσοστό % των ικανοποιημένων χρηστών του HSDPA για διαφορετικά φορτία Διέλευση (bps bps 6bps 9bps Φορτίο ανά τομέα SISO IO Ποσοστό % bps 6bps 9bps Φορτίο ανά τομέα SISO IO Ποσοστό % των χρηστών Web του HSDPA οι οποίοι επιτυγχάνουν διέλευση μεγαλύτερη των 4Kbps για διαφορετικά φορτία Ποσοστό % των χρηστών FTP του HSDPA οι οποίοι επιτυγχάνουν διέλευση μεγαλύτερη των 4Kbps για διαφορετικά φορτία 2 8 Ποσοστό % SISO IO Ποσοστό % SISO IO 3bps 6bps 9bps Φορτίο ανά τομέα 3bps 6bps 9bps Φορτίο ανά τομέα

37 Αποτελέσματα προσομοιώσεων ΗSDPA SISO Vs IO (2 SISO IO 2x2 Ποσοστό του ρυθμού μετάδοσης σε σχέση με τον ονομαστικό αριθμό που έλαβε κάθε χρήστης για σύστημα HSDPA ισοδύναμο φορτίο 6bps ανά τομέα

38 Σχόλια επί των αποτελεσμάτων Για ισοδύναμο φορτίο ίσο με 3bps το SISO HSDPA επιτυγχάνει μια επαρκή διέλευση (περίπου 2 bps αλλά το ποσοστό των ικανοποιημένων χρηστών είναι χαμηλό Για το ίδιο φορτίο το ποσοστό των χρηστών οι οποίοι επιτυγχάνουν διέλευση μεγαλύτερη από 4 kbps και μεγαλύτερη από 4kbps είναι αρκετά υψηλό. Για 6bps το ποσοστό των ικανοποιημένων χρηστών μόλις.95%.η μέσηδιέλευσητουσυστήματοςμόνο2.9 bps. Το ποσοστό των χρηστών που επιτυγχάνουν διέλευση μεγαλύτερη των 4 kbps και 4 kbps είναι λιγότερο από το 5% των χρηστών του συστήματος Ακόμα μεγαλύτερη μείωση των επιδόσεων του συστήματος παρατηρείται όταν το ισοδύναμο φορτίο ανά τομέα αυξηθεί στα 9bps

39 Αποτελέσματα προσομοιώσεων Ηiperlan/2 SISO Vs IO 2x2 Διέλευση (bps Διέλευση του Hiperlan/2 για συστήματα SISO και ΜΙΜΟ 2x2 2bps αεροδρόμιο 2bps αστικό κέντρο 8bps αεροδρόμιο 8bps αστικό κέντρο SISO IO 2x2 Ποσοστό % Ποσοστό ικανοποιημένων χρηστών του Hiperlan/2 για συστήματα SISO και ΜΙΜΟ 2x2 2bps αεροδρόμιο 2bps αστικό κέντρο 8bps αεροδρόμιο 8bps αστικό κέντρο SISO IO 2x2 Ποσοστό % Ποσοστό χρηστών Web του Hiperlan/2 που επιτυγχάνουν διέλευση μεγαλύτερη από 4Κbps για συστήματα SISO και ΜΙΜΟ 2x2 SISO IO 2x2 Ποσοστό % Ποσοστό χρηστών FTP του Hiperlan/2 που επιτυγχάνουν διέλευση μεγαλύτερη από 4Κbps για συστήματα SISO και ΜΙΜΟ 2x2 SISO IO 2x2 2bps αεροδρόμιο 2bps αστικό κέντρο 8bps αεροδρόμιο 8bps αστικό κέντρο 2bps αεροδρόμιο 2bps αστικό κέντρο 8bps αεροδρόμιο 8bps αστικό κέντρο

40 Αποτελέσματα προσομοιώσεων IO2x2 Vs IO 4x4 Διέλευση του Hiperlan/2 για συστήματα ΜΙΜΟ 2x2 και ΜΙΜΟ 4x4 Ποσοστό ικανοποιημένω ν χρηστών για συστήματα ΜΙΜΟ 2x2 και ΜΙΜΟ 4x Διέλευση (bps bps αεροδρόμιο 27bps αστικό κέντρο 36bps αεροδρόμιο 36bps αστικό κέντρο IO 2x2 IO 4x4 Ποσοστό % bps αεροδρόμιο 27bps αστικό κέντρο 36bps αεροδρόμιο 36bps αστικό κέντρο IO 2x2 IO 4x4 Ποσοστό % των χρηστών FTP που επιτυγχάνουν διέλευση μεγαλύτερη από 4Kbps για συστήματα ΜΙΜΟ 2x2 και ΜΙΜΟ 4x4 Ποσοστό % τω ν χρηστών Web που επιτυγχάνουν διέλευση μεγαλύτερη από 4Kbps για συστήματα ΜΙΜΟ 2x2 και ΜΙΜΟ 4x4 Ποσοστό % bps αεροδρόμιο 27bps αστικό κέντρο 36bps αεροδρόμιο 36bps αστικό κέντρο IO 2x2 IO 4x4 Ποσοστό % bps αεροδρόμιο 27bps αστικό κέντρο 36bps αεροδρόμιο 36bps αστικό κέντρο IO 2x2 IO 4x4

41 Σχόλια επί των αποτελεσμάτων Για φορτία 2 και 8bps ανά AP τα ποσοστά ικανοποιημένων χρηστών με βάση τον αυστηρό ορισμό του 95% κυμαίνονται σε αποδεκτά επίπεδα στο SISO Τα ποσοστά των χρηστών που επιτυγχάνουν διέλευση μεγαλύτερη από 4kbps και 4kbps υπό καθορισμένες συνθήκες φτάνουν το 8%. Σε υψηλότερα φορτία η δυναμική του 2x2 είναι εμφανής. Για φορτίο 27Μbps το σύστημα 4x4 επιτυγχάνει να εξυπηρετήσει το σύνολο των χρηστών. Ακόμα και για φορτίο 36Μbps τα ποσοστά των χρηστών που επιτυγχάνουν διέλευση μεγαλύτερη από 4kbps και 4kbps είναι πολύ υψηλά για το σύστημα 4x4

42 Συμπεράσματα-Επίλογος Συνοπτική παρουσίαση τεχνικών ΜΙΜΟ για ασύρματα δίκτυα. Τεχνικές Alamouti BLAST βέλτιστη ανάθεση ισχύος βασισμένη σε μετασχηματισμούς SVD Μεθοδολογία προσομοιώσεων τεχνικών ΜΙΜΟ σε επίπεδο συστήματος ανάλυση των ιδιαιτεροτήτων της μεθοδολογίας Παρουσίαση πλατφόρμας προσομοιώσεων τεχνικών ΜΙΜΟ για HSDPA και HIPERLA/2. Παρουσίαση αποτελεσμάτων προσομοίωσης που καταδεικνύουν τηνυπεροχήτωντεχνικώνμιμοσεσχέσημετιςαντίστοιχες τεχνικές SISO.