31 Οκτωβρίου, 2014
Ζαμκοτσιάν Ο. Μάρτιν

Σχήματα Ιεραρχικής και Χωρικής Διαμόρφωσης σε Περιβάλλοντα Γενικευμένων Διαλείψεων

Abstract:

Αντικείμενο της διδακτορικής διατριβής με τίτλο «Σχήματα Ιεραρχικής και Χωρικής Διαμόρφωσης σε Περιβάλλοντα Γενικευμένων Διαλείψεων» αποτελεί η ανάπτυξη καινοτόμων τεχνικών Ιεραρχικής και Χωρικής διαμόρφωσης με σκοπό τη βελτίωση της επίδοσης των συστημάτων ασυρμάτων επικοινωνιών ως προς τη μέση πιθανότητα λάθους (Average Bit Error Probability, ABEP).
Αρχικά μελετάται η ιεραρχική διαμόρφωση (hierarchical modulation, HM) ως η πλέον διαδεδομένη μεταξύ των τεχνικών κωδικοποίησης υπέρθεσης (superposition coding). Αυτές οι τεχνικές επιτυγχάνουν άνιση προστασία έναντι λαθών (unequal error protection, UEP) κατά την ταυτόχρονη εκπομπή ροών διαφορετικής προτεραιότητας. Αφού ολοκληρωθεί η επισκόπηση της σχετικής βιβλιογραφίας με παράλληλη αναφορά στα διεθνή πρότυπα τα οποία ενσωματώνουν ιεραρχική διαμόρφωση, προτείνεται ένα σχήμα ιεραρχικής διαμόρφωσης χρονικής ολίσθησης μεταξύ των διαμορφωμένων ψηφίων της ροής υψηλής προτεραιότητας (high priority, HP) ως προς τα διαμορφωμένα ψηφία της ροής χαμηλής προτεραιότητας (low priority, LP). Το σχήμα επιτυγχάνει βελτίωση της μέσης πιθανότητας λάθους της ροής HP. Στη συνέχεια μελετάται η εφαρμογή ιεραρχικής διαμόρφωσης για τη μεγιστοποίηση της μέσης φασματικής απόδοσης ενός ασυρμάτου συστήματος ευρυεκπομπής.
Στη συνέχεια παρουσιάζεται η πλατφόρμα (test-bed) ψηφιακών επεξεργαστών σήματος (digital signal processors, DSP) που υλοποιήθηκε στο εργαστήριο Ασυρμάτων Επικοινωνιών (WiCom) του Ινστιτούτου Πληροφορικής και Τηλεπικοινωνιών του ΕΚΕΦΕ ”Δ”. Με τη βοήθεια υποσυστήματος RF που λειτουργεί στη ζώνη συχνοτήτων ISM 2.4 GHz, η πλατφόρμα χρησιμοποιήθηκε για την ασύρματη αποστολή εικόνας, η βελτίωση της ποιότητας απεικόνισης της οποίας διαπιστώθηκε κατά την ανάκτηση της μέσω της εφαρμογής ιεραρχικής διαμόρφωσης.
Αναφορικά με τη χωρική διαμόρφωση (spatial modulation, SM), αυτή προτείνεται ως τεχνική χαμηλής πολυπλοκότητας για συστήματα MIMO νέας γενιάς. Αφού ολοκληρωθεί η επισκόπηση της σχετικής βιβλιογραφίας, αναπτύσσεται ένα πλαίσιο για την αξιολόγηση της επίδοσης του σχήματος μεταγωγής μετατόπισης χώρου (space shift keying, SSK) – που αποτελεί υποπερίπτωση της χωρικής διαμόρφωσης σε περιβάλλοντα γενικευμένων διαλείψεων. Συγκεκριμένα, με τη χρήση ολοκληρωτικών μετασχηματισμών και ειδικών συναρτήσεων, διατυπώνεται έκφραση κλειστής μορφής βασισμένη στο μετασχηματισμό Hankel για το άνω-όριο (upper bound) της μέσης πιθανότητας λάθους σε περιβάλλον επεκταμένων γενικευμένων διαλείψεων K (extended generalized K, EGK). Επιπλέον διατυπώνονται εκφράσεις κλειστής μορφής για περιβάλλον γενικευμένων διαλείψεων K (generalized K, GK) και διαλείψεων Nakagami που αποτελούν υποπεριπτώσεις των διαλείψεων EGK. Η θεωρητική ανάλυση επεκτείνεται στη διατύπωση αναλυτικών εκφράσεων για το κέρδος κωδικοποίησης και το διαφορικό κέρδος στα ανωτέρω περιβάλλοντα διαλείψεων. Αυτές οι σχέσεις χρησιμοποιούνται για τη διατύπωση έκφρασης κλειστής μορφής για την ασυμπτωτική συμπεριφορά της μέσης πιθανότητας λάθους δεκτών SSK MIMO.
Η διδακτορική διατριβή ολοκληρώνεται με την ανάπτυξη τεχνικών άνισης προστασίας έναντι λαθών σε σχήματα χωρικής διαμόρφωσης, όπου η σχετική βιβλιογραφία έως σήμερα είναι ιδιαιτέρως περιορισμένη. Για την αντιμετώπιση της ανεπαρκούς επίδοσης του σχήματος SSK σε περιβάλλοντα διαλείψεων Rice, προτείνεται η ιεραρχική πολυσταθμική μεταγωγή μετατόπισης χώρου (hierarchical multilevel SSK, HMSSK), η οποία αντιστοιχεί τα διαμορφωμένα ψηφία της ροής υψηλής προτεραιότητας σε διαφορετικό πλήθος ενεργών κεραιών, ενώ η ροή χαμηλής προτεραιότητας διαμορφώνεται κατά SSK. Τέλος μελετάται η δυνατότητα επίτευξης άνισης προστασίας έναντι λαθών μέσω συνδυαστικής διαμόρφωσης των ροών πληροφορίας των δύο επιπέδων προτεραιότητας στα πεδία του χώρου και των σημάτων. Λαμβάνοντας υπόψη κατάλληλους περιορισμούς κατά την υπέρθεση των συμβόλων που διαμορφώνονται στα δύο ανωτέρω πεδία, το σχήμα πολυσταθμικής μεταλλαγής μετατόπισης χώρου συνδυάζεται με σχήμα ιεραρχικής διαμόρφωσης, οδηγώντας στο προτεινόμενο σχήμα πολυσταθμικής ιεραρχικής χωρικής διαμόρφωσης (multilevel spatial hierarchical modulation, MSHM).
Λέξεις κλειδιά: χωρική διαμόρφωση, μεταγωγή μετατόπισης χώρου, ιεραρχική διαμόρφωση, περιβάλλοντα διαλείψεων, ψηφιακοί επεξεργαστές σήματος, μέση πιθανότητα λάθους, μέση φασματική απόδοση.

Μετάβαση στο περιεχόμενο