Τεχνικές εκπομπής και λήψης σε ασύρματα ψηφιακά τηλεπικοινωνιακά συστήματα με χρήση δικτυωμάτων
Authors: Παππή Κοραλία 
Published: August 2021

Στη διατριβή αυτή εξετάζεται η εφαρμογή των δικτυωμάτων στα ψηφιακά τηλεπικοινωνιακά συστήματα. Η διατριβή αποτελείται από δύο βασικές ενότητες. Στην πρώτη ενότητα, εξετάζεται η εφαρμογή των δικτυωμάτων στις ψηφιακές διαμορφώσεις. Αρχικά, προτείνεται μία πρωτότυπη παραμετρική οικογένεια διαμορφώσεων, η οποία ονομάζεται θ-QAM. Στόχος της έρευνας αυτής είναι η ελαχιστοποίηση του ρυθμού σφάλματος συμβόλου ή του ρυθμού σφάλματος ψηφίου, σε κανάλια λευκού Γκαουσιανού προσθετικού θορύβου ή κανάλια διαλείψεων και για κόμβους που διαθέτουν μία κεραία, μέσω της βελτιστοποίησης της παραμέτρου θ. Στη συνέχεια εξετάζεται η επίδοση πολυδιάστατων αστερισμών δικτυώματος, οι οποίοι χρησιμοποιούνται σε συστήματα διαφορισμού στο χώρο σημάτων, ο οποίος καταπολεμά στις διαλείψεις σε συστήματα στα οποία οι κόμβοι διαθέτουν μία μόνο κεραία, ενώ χρησιμοποιεί περιστραμμένους πολυδιάστατους αστερισμούς που προέρχονται από το ακέραιο δικτύωμα. Για την αξιολόγηση της επίδοσης των παραπάνω αστερισμών χρησιμοποιούνται εργαλεία από τη γεωμετρία πολυδιάστατων παραλληλοτόπων. Με τα εργαλεία αυτά εξάγεται μία ακριβής αναλυτική έκφραση για την πιθανότητα σφάλματος των αστερισμών αυτών, με βάση την οποία προτείνονται ένα άνω και ένα κάτω φράγμα για την πιθανότητα σφάλματος συμβόλου, τα οποία δίνονται σε κλειστή μορφή τόσο για κανάλια λευκού προσθετικού θορύβου όσο και για κανάλια διαλείψεων. Η μεθοδολογία αυτή στη συνέχεια εφαρμόζεται στην εξέταση της επίδοσης συστημάτων πολλαπλών εισόδων πολλαπλών εξόδων ΜΙΜΟ όταν εφαρμόζεται αποκωδικοποίηση μέγιστης πιθανοφάνειας. Εξάγεται ένα θεωρητικό όριο της πιθανότητας σφάλματος συμβόλου για γενικευμένα συστήματα ΜΙΜΟ, το οποίο αντιστοιχεί στην επίδοση ενός ιδεατού συστήματος που εκμεταλλεύεται ταυτόχρονα όλους τους διαθέσιμους βαθμούς ελευθερίας του συστήματος. Το όριο αυτό αποτελεί ένδειξη για την αξιοποίηση των διαθέσιμων βαθμών ελευθερίας από διάφορα πρακτικά ΜΙΜΟ συστήματα. Στη δεύτερη ενότητα της διατριβής, εξετάζονται οι πρακτικές προκλήσεις της εφαρμογής του πρωτοκόλλου Υπολογισμού-και-Επανεκπομπής (C&F), μιας τεχνικής αξιοποίησης των παρεμβολών σε περιβάλλον πολλών χρηστών με κοινό δέκτη. Το σύστημα χρησιμοποιεί πολλαπλούς αναμεταδότες, συνδεδεμένους με έναν κεντρικό αποκωδικοποιητή, και πολλαπλούς χρήστες οι οποίοι χρησιμοποιούν κώδικες εμφωλευμένων δικτυωμάτων. Ωστόσο, καθώς το πρωτόκολλο C&F προτάθηκε πολύ πρόσφατα, η πρακτική του εφαρμογή παρουσιάζει πολλές προκλήσεις. Αρχικά, μελετάται η επίδοση ενός δικτύου C&F και συγκεκριμένα ο επιτεύξιμος ρυθμός δεδομένων και η πιθανότητα διακοπής, όταν η εκτίμηση του καναλιού που είναι διαθέσιμη στους αναμεταδότες περιλαμβάνει σφάλματα. Αυτή η μελέτη επιτρέπει τη στοχευμένη σχεδίαση κατάλληλων διαδικασιών εκτίμησης καναλιού, με στόχο τον περιορισμό των επιπτώσεων των σφαλμάτων στην επίδοση των δικτύων αυτών. Επιπλέον, το πρωτόκολλο C&F απαιτεί την εφαρμογή κωδικοποίησης δικτύου φυσικού επιπέδου (PNC) στους αναμεταδότες, η οποία προϋποθέτει βελτιστοποίηση με στόχο τη μεγιστοποίηση του επιτεύξιμου ρυθμού μετάδοσης. Αυτή η βελτιστοποίηση δεν έχει αναλυτική λύση, ενώ δεν είναι ανεξάρτητη από την επιλογή των αναμεταδοτών, σε περίπτωση που ο αριθμός τους είναι μεγαλύτερος από τον απαιτούμενο. Σε αυτή τη διατριβή, εξετάζεται το πρόβλημα της κοινής βελτιστοποίησης της κωδικοποίησης PNC και της επιλογής αναμεταδοτών, με έμφαση στα δίκτυα που επιτρέπουν μη-συμμετρικούς ρυθμούς μετάδοσης στους χρήστες. Για την επίτευξη αυτού του στόχου, χρησιμοποιούνται εργαλεία της θεωρίας παιγνίων, ενώ το πρόβλημα αντιστοιχίζεται σε ένα παίγνιο συνεργατικών ομάδων, στο οποίο παίκτες είναι οι αναμεταδότες και ο κεντρικός αποκωδικοποιητής. Τέλος, σε αυτή την ενότητα της διατριβής προτείνεται και μία μέθοδος κωδικοποίησης PNC χαμηλής πολυπλοκότητας, για εφαρμογή σε κανάλια TWRC τα οποία εφαρμόζουν το πρωτόκολλο C&F στον αναμεταδότη. Η μέθοδος αυτή βασίζεται στην κατασκευή πινάκων αναζήτησης πριν την έναρξη της επικοινωνίας. Έτσι, η επιλογή των διανυσμάτων κωδικοποίησης κατά τη διάρκεια της επικοινωνίας περιορίζεται σε απλή αναζήτηση στους πίνακες, προσφέροντας μία λύση πολύ χαμηλής πολυπλοκότητας για την εφαρμογή PNC.