Μελέτη και κατασκευή συστήματος πολυπλεξίας ορθογωνικών ημιτονικών σημάτων
Authors: Χρονόπουλος Σπυρίδων 
Published: August 2021

Σε αυτή τη διδακτορική διατριβή έγινε μελέτη και κατασκευή συστήματος πολυπλεξίας ορθογωνικών ημιτονικών σημάτων. Αυτή η τεχνική πολυπλεξίας αναφέρεται στη βιβλιογραφία ως OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing). Η OFDM βασίζεται στην ιδέα του διαχωρισμού ενός γρήγορου κυματοσυρμού (stream) πληροφορίας σε περισσότερους και αργότερους κυματοσυρμούς παράλληλης μετάδοσης με σκοπό την αύξηση της διάρκειας του κάθε συμβόλου και την εξάλειψη της διασυμβολικής παρεμβολής. Επομένως, επειδή η ορθογωνιότητα στην OFDM επιτρέπει την ταυτόχρονη εκπομπή ενός μεγάλου αριθμού φορέων (διαμορφωμένα ημιτονικά σήματα) παρέχει τη δυνατότητα στον τελικό χρήστη να μεταδίδει και μεγαλύτερο όγκο πληροφορίας ενσύρματα ή ασύρματα.Σκοπός αυτής τη διδακτορικής διατριβής ήταν η μελέτη ενός OFDM συστήματος το οποίο θα ενσωμάτωνε τον καλύτερο συνδυασμό τεχνικών όπως το Κυκλικό Πρόθεμα, η Πρόσθεση μηδενικών και μία πολύ καλή τεχνική μείωσης της PAPR. Επίσης αυτό το σύστημα θα μπορούσε να παράγει μεγάλο αριθμό υποφορέων (συγκρινόμενο με άλλα συστήματα). Στη συνέχεια αυτό το σύστημα θα έπρεπε να προσομοιωθεί με αρκετούς τύπους θορύβου και χωρίς την παρουσία κωδικοποίησης. Τελικά, αυτό το σύστημα (πομπός και δέκτης, χωρίς την τεχνική PAPR) θα έπρεπε να ενσωματώνονταν σε DSP. Σε αυτή τη φάση της έρευνας θα διεξάγονταν και μετρήσεις για την επιβεβαίωση της σωστής λειτουργίας του συστήματος. Όμως, στην παρούσα διδακτορική διατριβή το σύστημα το οποίο σχεδιάστηκε περιείχε εκτός από τις τεχνικές που προαναφέρθηκαν, νέες τεχνικές κωδικοποίησης και μείωσης PAPR. Ανακαλύφθηκαν δύο καινούργιες τεχνικές μείωσης της PAPR καθώς και ένας καινούργιος τύπος κωδικοποίησης-αποκωδικοποίησης. Επίσης, διεξήχθησαν και άλλες πρότυπες έρευνες όπως π.χ. για μειωμένη PAPR σε Turbo Coded OFDM (TC-OFDM) και μελέτη TC-OFDM με την παρουσία πολλών τύπων θορύβου. Επιπροσθέτως η τελική φάση της κατασκευής του συστήματος επετεύχθη ενσωματώνοντας το σε DSP με τη βοήθεια ενός GUI (Graphical User Interface). Αυτό το GUI δίνει τη δυνατότητα αλλαγής διαφόρων χαρακτηριστικών του συστήματος χωρίς να χρειάζεται κάθε φορά η επανασχεδίασή του.Σε αυτή τη διδακτορική διατριβή αρχικά μελετήθηκαν τα δομικά χαρακτηριστικά του συστήματος (π.χ. IFFT και FFΤ) που αποτελούν βασικές λειτουργίες της τεχνολογίας OFDM. Αυτή τη τεχνολογία εμφανίζει ένα πρόβλημα αυξομείωσης ισχύος εξόδου. Κατόπιν εκτεταμένης μελέτης και έρευνας, κρίθηκε αναγκαίο να αναπτυχθούν καινούργιες τεχνικές οι οποίες θα ήταν πιο απλές σε σχέση με τις υπάρχουσες και δεν θα απαιτούσαν τις ανάστροφες διαδικασίες στους δέκτες. Δύο καινούργιες τεχνικές ανακαλύφθηκαν οι οποίες συγκρίθηκαν με άλλες και εμφάνισαν εξαιρετικές επιδόσεις. Τέτοιου είδους επιδόσεις εμφάνισαν και οι καινούργιοι Turbo κώδικες που αναπτύχθηκαν. Στη συνέχεια η Turbo κωδικοποίηση συνενώθηκε με ένα αρχικό σύστημα OFDM. Αυτό το αρχικό OFDM σύστημα είχε ήδη μελετηθεί με Προσθετικό Λευκό Γκαουσιανό Θόρυβο, θόρυβο φάσης καθώς και με άλλους τύπους θορύβου χωρίς την παρουσία κωδικοποίησης. Τελικά, το προκύπτον Turbo Coded OFDM (TC-OFDM) σύστημα μελετήθηκε για διάφορους τύπους θορύβου συμπεριλαμβανομένων και των σχετικών της διάλειψης Rician με διεργασίες Rayleigh μαζί με AWGN και θόρυβο φάσης. Αξίζει επίσης να σημειωθεί ότι η καλύτερη από τις δύο τεχνικές PAPR εισήχθη και προσομοιώθηκε στην TC-OFDM. Τα αποτελέσματα της απόδοσής της ήταν εξαιρετικά. Επιπλέον, κατά τη διάρκεια της έρευνας δημιουργήθηκε και μια πιο βελτιωμένη έκδοση των Turbo κωδικών.Η τελική φάση αυτής της διδακτορικής διατριβής ήταν σχετική με την ενσωμάτωση του συστήματος σε DSP. Αυτό το σύστημα περιείχε συνελικτική κωδικοποίηση. Το υλοποιημένο σύστημα μετρήθηκε με τη βοήθεια αναλυτή φάσματος και παλμογράφου. Η προηγούμενη διαδικασία συμπεριλάμβανε τη μέτρηση του παραγόμενου φάσματος καθώς και της σύγκρισης του αρχικά παραγόμενου σήματος με το ληφθέν σήμα. Αυτή η μέτρηση επετεύχθη με την αποστολή επαναλαμβανόμενων δεδομένων στο δέκτη όπου και με τη βοήθεια παλμογράφου βρέθηκε η ολική καθυστέρηση του συστήματος. Μόλις αυτή η καθυστέρηση ελήφθη υπόψη στη διαδικασία μέτρησης τότε επιβεβαιώθηκε και η ορθή λειτουργία του συστήματος.