Τεχνικές ορθογωνικής πολυπλεξίας σε περιβάλλον διαλείψεων

Abstract

The subject of this thesis focuses on the study of techniques aiming at improving the performance of orthogonal multi-carrier systems over multi-path fading channels. The effect of the application of coding (such as Turbo-coding) and modulation in such systems is examined when the channel under consideration is the in-home power line network, used for wide-band data transmission. The evaluation is based on the Bit Error Rate metric combined with the achieved throughput. Moreover, multi-access techniques are investigated, targeting throughput performance of multi-carrier spread-spectrum systems in generalized fading channels. The emphasis is placed on multi-user selection diversity, a scheme which requires proper modification before it can be applied to this framework. Self-interference models are developed for the extraction of the Signal-to-Noise-plus-Interference-Ratio, resulting in three scheduling algorithms, one of which is inspired by and for the specific application model. The performance evaluation is carried out via the derivation of closed-form expressions regarding the sum-rate capacity of the system, as well as numerical simulations. The aforementioned field of study is further extended by focusing on the exploitation of the channel side information estimations, bearing in mind that proper scheduling should also consider the trade-off between capacity and fairness. Towards this goal, four dynamic algorithms are proposed and evaluated with regard to the aforementioned criteria of throughput and fairness.

Το αντικείμενο της παρούσας διδακτορικής διατριβής επικεντρώνεται στη μελέτη τεχνικών αύξησης της απόδοσης συστημάτων πολυπλεξίας με πολλά ορθογωνικά φέροντα σε ζεύξεις πολλαπλών οδεύσεων με διαλείψεις. Διερευνάται η επίδραση της κωδικοποίησης (όπως η Turbo κωδικοποίηση) και της διαμόρφωσης σε αυτά τα συστήματα όταν το κανάλι εφαρμογής είναι το οικιακό δίκτυο ηλεκτρικής ενέργειας, εφόσον αυτό χρησιμοποιείται για την ευρυζωνική μετάδοση δεδομένων. Η αξιολόγηση πραγματοποιείται με τη μέτρηση του ρυθμού σφαλμάτων bit σε συνάρτηση με το ρυθμό δεδομένων που επιτυγχάνεται. Κατόπιν, εξετάζονται τεχνικές πρόσβασης στο μέσο που βελτιώνουν τη ρυθμαπόδοση ενός συστήματος με πολλά φέροντα, όταν αυτό συνδυάζεται με τη διαίρεση κώδικα στο πεδίο της συχνότητας σε ένα γενικευμένο κανάλι διαλείψεων. Η έμφαση δίνεται στην τεχνική διαφορισμού επιλογής πολλαπλών χρηστών που απαιτεί κατάλληλη τροποποίηση πριν την εφαρμογή της σε αυτό το πλαίσιο. Αναπτύσσονται μοντέλα για την εξαγωγή του λόγου σήματος προς το θόρυβο και τις παρεμβολές, από τα οποία θα προκύψουν τελικά τρεις αλγόριθμοι χρονοπρογραμματισμού, με έναν εξ αυτών να είναι εμπνευσμένος για το συγκεκριμένο σύστημα εφαρμογής. Για την αποτίμηση της απόδοσης σχηματίζονται εκφράσεις κλειστής μορφής που αφορούν την αθροιστική χωρητικότητα του συστήματος, παράλληλα με την αριθμητική προσομοίωση της διάταξης. Η επέκταση του παραπάνω πεδίου έρευνας εστιάζει έπειτα στην εκμετάλλευση των εκτιμήσεων της κατάστασης του διαύλου με στόχο τον ορθότερο χρονοπρογραμματισμό αναφορικά με το ισοζύγιο ρυθμαπόδοσης - δικαιοσύνης. Τέσσερις νέοι αλγόριθμοι που κάνουν χρήση της δυναμικής συμπεριφοράς του καναλιού προτείνονται και αξιολογούνται με κριτήρια ρυθμαπόδοσης και μέσης δικαιοσύνης.