Διατάξεις ασύρματης επικοινωνίας με πολλαπλές κεραίες και βασικές αρχές λειτουργίας συστημάτων ΜΙΜΟ
Creators: name: Ξιφιλίδης, Θεοφάνης Ευσταθίου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2016
Subjects: Ασύρματες επικοινωνίες
Πολλαπλές κεραίες
ΜΙΜΟ συστήματα
Wireless communications
Multiple antennas
MIMO systems

description: Η διπλωματική αυτή περιγράφει τις βασικές αρχές λειτουργίας συστημάτων ΜΙΜΟ και τις επιδόσεις τους. Ειδικότερα, πραγματοποιείται περιγραφή και ανάλυση των μοντέλων ΜΙΜΟ καναλιών, των χαρακτηριστικών τους, των επιδόσεών τους και των πλεονεκτημάτων και μειονεκτημάτων που η εφαρμογή τους σε ΜΙΜΟ σύστημα συνεπάγεται. Πραγματοποιείται επίσης ανάλυση της λειτουργίας κεραιών πολλαπλών στοιχείων σαν βασική μονάδα ενός ΜΙΜΟ συστήματος και παρουσιάζονται τεχνικές σχεδίασης, και αντίστοιχα παραδείγματα, κεραιών κατάλληλων ώστε να συνεισφέρουν στη βελτίωση των δεικτών λειτουργίας των ΜΙΜΟ. Δίδεται έμφαση στην τεχνική χρήσης EBG δομών που αποσκοπεί στη μείωση των επιφανειακών κυμάτων και κατά συνέπεια της αμοιβαίας σύζευξης μεταξύ των στοιχείων-κεραιών. Αναλύονται επιπλέον, βασικές τεχνικές κωδικοποίησης και οι επιδόσεις τους βάσει των καμπυλών BER. Συγκεκριμένα παρουσιάζονται α)οιSpace-Time Block Codes (STBCs) με σημαντικότερο εκπρόσωπό τους το σχήμα Alamouti β) οι Orthogonal STBCs και οι Quasi-OSTBCs, όπου η ιδιότητα της ορθογωνιότητας χαλαρώνει για καλύτερη επίδοση γ) οι Space-Time Trellis κώδικες, κύριο χαρακτηριστικό των οποίων είναι η ιδιότητα της «μνήμης» δηλαδή της εξάρτησης του παρόντος συμβόλου από προηγούμενα σύμβολα δ) οι BLAST κώδικες ε) οι MLTCs και στ) οι UnitarySTCs. Τέλος αναλύεται η πλέον διαδεδομένη στα ΜΙΜΟ συστήματα τεχνική πολλαπλής βασης OFDM και η τεχνική Antenna Selection. Ακολουθεί ανάλυση της δομής ενός ΜΙΜΟ πομποδέκτη και των βασικών στοιχείων-εξαρτημάτων που το απαρτίζουν. Παρουσιάζονται επίσης αποτελέσματα προσομοιώσεων, που πραγματοποιήθηκαν με το πρόγραμμα ΜΑΤLAB, αναφορικά στην επίδοση ΜΙΜΟ τεχνικών και τη χωρητικότητα ΜΙΜΟ καναλιού. Η διπλωματική κλείνει με συμπεράσματα και παρατηρήσεις. Συγκεκριμένα, αναφέρονται τα κυριότερα σημεία των κεφαλαίων της διπλωματικής και σχολιάζεται το ζήτημα της ενεργειακής αποδοτικότητας των τηλεπικοινωνιακών συστημάτων γενικότερα και της ΜΙΜΟ τεχνολογίας ειδικότερα. Τέλος, αναφέρονται ανοικτά προβλήματα και η πιθανή ωφέλεια της ΜΙΜΟ τεχνολογίας από την επιστήμη των μεταϋλικών.
description: In this ΜSc thesis the basic principles of MIMO systems and their performance are analyzed. In particular, MIMO channel models are described including their characteristics, performance and their advantages and disadvantages when used in MIMO applications. Analysis of the operation of multiple antennas as basic units of a MIMO system is also made and design techniques, along with examples, for antennas suitable to improve the MIMO operation indices, are presented too. Emphasis is put on the technique of use of EBG (Electromagnetic Band Gap) structures which contribute to the reduction of surface currents and, as a result, the reduction of mutual coupling among antenna-elements. In addition, MIMO coding techniques are presented and their characteristics and performance are analyzed and compared based on the BER curves. In detail various code types are presented as a) the Space-Time Block codes, with the mostly used Alamouti scheme b) the Orthogonal-STBCs and Quasi- Orthogonal STBCs, where the orthogonality property is «loosened» to achieve better performance c) the Space-Time Trellis codes, main characteristic of which is their «memory», meaning the dependence of a currently transmitted symbol on past symbols. d) the BLAST codes e) the MLTCs codes and f) the Unitary-STCs. Finally, the most popular MIMO-OFDM multiple access technique is analyzed followed by the Antenna Selection technique. A schematic of the MIMO transceiver is also given with a detailed description of the RF components that comprise it. Results, received via simulations with the MATLAB software, concerning to the BER and capacity of various MIMO systems are presented. The thesis is completed by conclusions and remarks for MIMO systems. A detailed review of previous chapters is given along with the notion of the energy efficiency of communication systems, in general, and, specifically, MIMO communications systems. Finally, open problems are commented and the possible benefits of MIMO systems from the metamaterials science.