Διαμόρφωση OTFS (Orthogonal Time Frequency Space): εξομοίωση, και υλοποίηση σε SDR

Abstract

Η διπλωματική αυτή στοχεύει στη διερεύνηση των δυνατοτήτων της διαμόρφωσης OTFS σε συστήματα ασύρματων επικοινωνιών, με έμφαση στην προσομοίωση και τον πειραματισμό με χρήση SDRs. Η OTFS είναι μια νέα τεχνική διαμόρφωσης που μπορεί να μετριάσει τις επιπτώσεις της ολίσθησης Doppler και των διαλείψεων πολλαπλών διαδρομών (multipath), δύο σημαντικές απομειώσεις των σημάτων στα συστήματα ασύρματης επικοινωνίας. Η εργασία θα περιλαμβάνει τη διεξαγωγή ενδελεχούς ανασκόπησης της υπάρχουσας βιβλιογραφίας σχετικά με τη διαμόρφωση OTFS και τις πιθανές εφαρμογές της σε συστήματα ασύρματων επικοινωνιών. Η βιβλιογραφική ανασκόπηση θα καλύπτει τις θεμελιώδεις έννοιες της OTFS, τα χαρακτηριστικά του καναλιού, τη διάδοση του σήματος και τις επικρατούσες τεχνικές διαμόρφωσης στα συστήματα νέας γενιάς. Έπειτα πραγματοποιείται ανάπτυξη μοντέλων προσομοίωσης διαμόρφωσης OTFS χρησιμοποιώντας MATLAB. Τα μοντέλα προσομοίωσης θα σχεδιαστούν για να αξιολογούν την απόδοση της διαμόρφωσης OTFS όσον αφορά την ευρωστία στη μετατόπιση Doppler, τις διαλείψεις πολλαπλών διαδρομών και τον θόρυβο. Τα μοντέλα προσομοίωσης θα εξετάσουν διαφορετικά σενάρια, όπως διαφορετικές συνθήκες καναλιού, ισχύ μετάδοσης και σχήματα διαμόρφωσης, για να διερευνήσουν τον αντίκτυπο της διαμόρφωσης OTFS στην απόδοση του συστήματος. Για πειραματισμό χρησιμοποιώντας SDR, θα χρησιμοποιηθεί το MATLAB για τη δημιουργία σημάτων διαμορφωμένων OTFS και τη μετάδοση τους μέσω του κατάλληλου toolbox χρησιμοποιώντας υλικό SDR (USRP). Η πειραματική διάταξη θα περιλαμβάνει υλικό SDR, κεραίες στον πομπό και στον δέκτη για τη λήψη και την αποδιαμόρφωση των σημάτων OTFS. Η εγκατάσταση θα σχεδιαστεί για να αξιολογεί την επίδοση της διαμόρφωσης OTFS σε πραγματικό περιβάλλον, λαμβάνοντας υπόψη διαφορετικά σενάρια, όπως διαφορετικές αποστάσεις, εμπόδια, κινητικότητα και παρεμβολές. Για να συγκριθεί η επίδοση της διαμόρφωσης OTFS με άλλες τεχνικές διαμόρφωσης, όπως η OFDM, η εργασία θα χρησιμοποιήσει την προσομοίωση και τα πειραματικά αποτελέσματα για να αξιολογήσει την απόδοσή τους ως προς την ευρωστία στη μετατόπιση Doppler, τις διαλείψεις πολλαπλών διαδρομών και τον θόρυβο.

This thesis aims to investigate the possibilities of OTFS modulation in wireless communication systems, with an emphasis on simulation and experimentation using SDRs. OTFS is a new modulation technique that can mitigate Doppler shift and multipath attenuation, two major degradations of signals in wireless communication systems. The work will involve conducting a thorough review of the existing literature on OTFS configuration and its potential applications in wireless communication systems. The literature review will cover the fundamental concepts of OTFS, channel characteristics, signal propagation and prevailing modulation techniques in next-generation systems. OTFS configuration simulation models are then developed using MATLAB. Simulation models will be designed to evaluate the performance of the OTFS configuration in terms of robustness to Doppler shift, multipath fading and noise. Simulation models will consider different scenarios, such as different channel conditions, transmission power, and configuration schemes, to investigate the impact of OTFS configuration on system performance. For experimentation using SDR, MATLAB will be used to generate OTFS modulated signals and transmit them through the appropriate toolbox using the SDR hardware. The experimental setup will include SDR hardware, antennas at the transmitter and at the receiver to receive and demodulate the OTFS signals. The facility will be designed to evaluate the performance of the OTFS configuration in a real environment, considering different scenarios such as different distances, obstacles, mobility and interference. To compare the performance of OTFS modulation with other modulation techniques such as OFDM, the paper will use simulation and experimental results to evaluate their performance in terms of robustness to Doppler shift, multipath fading and noise.