Μελέτη και προσομοίωση επικοινωνιών με χρήση χιλιοστομετρικής ζώνης μήκους κύματος – Millimeter Waveband (mmWave)

Abstract

Οι χιλιοστομετρικές ζώνες συχνοτήτων μεταξύ 30 και 300 GHz είναι ένα νέο σύνορο για την κυψελωτή επικοινωνία που προσφέρει μεγαλύτερες τάξεις μεγέθους σε εύρος ζώνης σε συνδυασμό με τα περαιτέρω κέρδη μέσω του beamforming και της χωρικής πολυπλεξίας από συστοιχίες κεραιών πολλαπλών στοιχείων. Η παγκόσμια έλλειψη εύρους ζώνης που αντιμετωπίζουν οι ασύρματοι πάροχοι έχει ως κίνητρο την εξερεύνηση του φάσματος συχνοτήτων εκμεταλλεύοντας τα χιλιοστομετρικά μήκη κύματος για τα μελλοντικά ευρυζωνικά δίκτυα κυψελωτής επικοινωνίας. Υπάρχει όμως λίγη γνώση για την mmWave κυψελωτή μετάδοση σε πυκνοκατοικημένα περιβάλλοντα εσωτερικών και εξωτερικών χώρων. Η απόκτηση αυτών των πληροφοριών είναι ζωτικής σημασίας για το σχεδιασμό και τη λειτουργία των μελλοντικών δικτύων κινητής τηλεφωνίας πέμπτης γενιάς που χρησιμοποιούν το φάσμα των χιλιοστομετρικών μηκών κύματος. Στην παρούσα διπλωματική εργασία αναλύονται οι επιδράσεις μεγάλης και μικρής κλίμακας που έχουν οι mmWave επικοινωνίες στο κανάλι διάδοσης. Στη συνέχεια γίνεται μια αναφορά στα μοντέλα καναλιών που χρησιμοποιούνται στα mmWave συστήματα. Γίνεται επίσης αναφορά στο σχεδιασμό του φυσικού στρώματος και του MAC στρώματος που είναι ζωτικής σημασίας για τις mmWave επικοινωνίες και αναλύονται τα πρότυπα που χρησιμοποιούνται για αυτό τον σχεδιασμό. Η τεχνική beamforming είναι μια τεχνική η οποία παρουσιάζει πολλά πλεονεκτήματα για τις mmWave επικοινωνίες η οποία αναλύεται. Τέλος, γίνονται προσομοιώσεις στη χιλιοστομετρική ζώνη μήκους κύματος με το λογισμικό NYUSIM του Rappaport και μέσω των αποτελεσμάτων ερευνάται το ray tracing καθώς επίσης και η ποιότητα των συστημάτων ΜΙΜΟ για διαφορετικό αριθμό κεραιών. Μελετάται επίσης και η χωρητικότητα και η πιθανότητα διακοπής της σύνδεσης για διαφορετικά μοντέλα διαλείψεων, όπως αυτά των Rayleigh, Rice και Nakagami-m.