Επίδοση πολυκυψελωτών συστημάτων WCDMA με χρήση πολλαπλών κεραιών στον σταθμό βάσης και την συσκευή χρήστη

Abstract

The object of present thesis is the analysis and performance evaluation of multicellular WCDMA networks, where each mobile user can be equipped with an antenna array. In the frame of this thesis, a semi-static simulator has been developed, where it was used for the calculation of capacity of WCDMA networks under different traffic scenarios as well as network deployments (networks with conventional sectors/fixed grid of beams per sector/adaptive beams). Results are presented for the capacity of WCDMA networks with up to four tiers of cells around the central cell, while a new adaptive beamforming strategy is proposed and evaluated for networks with non-uniform traffic. This strategy, apart from increased throughput per beam gain compared to a network with fixed grid of beams, provides more efficient radio resource management. The decreased number of beams formed by this strategy in order to cover capacity demands compared to the fixed grid of beams network, minimizes inter-beam handovers, reduces signalling requirements and leads to more available power in downlink. The semi-static simulator has also been used for the calculation of bit error rate for different transmission techniques in networks with multiple antennas at both sides. These techniques aim at either minimizing the overall bit rate through coherent combining (diversity combining), or the maximization of the bit rate per mobile user (spatial multiplexing). A new transmission strategy is proposed based on proper antenna selection which maximizes per user bit rate, while at the same time minimizes network resources, as in each user a minimum number of codes is assigned in order to achieve the desired capacity.

Το αντικείμενο της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι η ανάλυση και επίδοση πολυκυψελωτών δικτύων WCDMA, όπου ο κάθε κινητός χρήστης μπορεί να είναι εφοδιασμένος με συστοιχία κεραιών. Στα πλαίσια της διατριβής, υλοποιήθηκε ημιστατικός προσομοιωτής όπου χρησιμοποιήθηκε για τον υπολογισμό της χωρητικότητας δικτύων WCDMA υπό διαφορετικά σενάρια κίνησης καθώς και υλοποίησης δικτύων (δίκτυα με συμβατικούς τομείς/σταθερό πλέγμα λοβών ανά τομέα/προσαρμοστικό πλέγμα). Παρουσιάζονται αποτελέσματα για την χωρητικότητα δικτύων με έως και τέσσερις σειρές κυψελών γύρω από την κεντρική κυψέλη, ενώ προτείνεται και αξιολογείται ένας προσαρμοστικός αλγόριθμος διαμόρφωσης δυναμικών λοβών για δίκτυα με ανομοιόμορφη κατανομή κίνησης. Ο αλγόριθμος αυτός, εκτός από σημαντικό κέρδος χωρητικότητας ανά λοβό σε σχέση με ένα δίκτυο σταθερών λοβών, προσφέρει περισσότερο αποδοτική διαχείριση των ασύρματων πόρων. Ο μειωμένος αριθμός λοβών που δημιουργεί για να καλύψει την ζήτηση σε σχέση με το σταθερό πλέγμα λοβών, οδηγεί σε ελαχιστοποίηση των διαπομπών, μείωση του φορτίου σηματοδοσίας, καθώς και σε περισσότερη διαθέσιμη ισχύς κάτω ζεύξης. Ο ημιστατικός προσομοιωτής, χρησιμοποιήθηκε και για τον υπολογισμό της πιθανότητας σφάλματος για διαφορετικές τεχνικές μετάδοσης δεδομένων σε συστήματα πολλαπλών κεραιών. Οι τεχνικές αυτές μετάδοσης επιδιώκουν είτε μέσω σύμφωνης άθροισης των σημάτων στην πλευρά του δέκτη την ελαχιστοποίηση του συνολικού ρυθμού σφαλμάτων (μεγιστοποίηση διαφορισιμότητας), είτε την μεγιστοποίηση του ρυθμού μετάδοσης ανά κινητό χρήστη (χωρική πολυπλεξία). Προτείνεται μια τεχνική μετάδοσης χωρικής πολυπλεξίας με κατάλληλη επιλογή κεραιών, η οποία μεγιστοποιεί τον ρυθμό μετάδοσης ανά χρήστη, με παράλληλη ελαχιστοποίηση των πόρων του συστήματος μιας και σε κάθε χρήστη ανατίθενται ελάχιστος αριθμός κωδικών προκειμένου να επιτευχθεί η επιθυμητή χωρητικότητα.