Αντιμετώπιση παρεμβολών και έλεγχος πρόσβασης σε σύγχρονα ασύρματα τηλεπικοινωνιακά συστήματα

Abstract

Current dissertation addresses the problem of interference management in modern wireless telecommunication networks. Particularly, the study is focused on systems that support orthogonal transmission in the domain of frequency, space and code, solely or jointly. The developed approach is established in two frameworks. The main objective at the first framework is the analysis, the evaluation and the optimization of the successive interference cancellation technique. The objective at the second one is the admission control and the radio resource management in such systems. Both frameworks are implemented in a receiver-centric regime.Firstly, the basic features of the transceiver and the wireless channel along with the interference effect are analytically described. Furthermore, a detailed evaluation of the most important successive interference cancellation techniques is performed with respect to the receiver’s performance and complexity. Afterwards, a new technique is presented, which utilizes jointly two different equalization strategies for the signal detection, according to the appropriate switching method. The main objective at this point is the optimization of the performance-complexity tradeoff at the receiver side.Moreover, a theoretical performance analysis of the successive interference cancellation technique is provided and useful statistical metrics are derived in closed-form mathematical expressions. More specifically, some already published results are generalized, whereas the potential error propagation effect, caused by this technique, is analytically evaluated for the first time in the bibliography.Finally, a new admission control algorithm is presented, where the radio resource management to the system’s users and the overall interference reduction are accomplished at the receiver. The main benefits of this approach are the optimization of the signal’s robustness in terms of the error rate during the transmission and the reduction of the signaling overhead between the transmitter and the receiver.

Στη διατριβή αυτή εξετάζεται το πρόβλημα της αντιμετώπισης παρεμβολών στα σύγχροναασύρματα τηλεπικοινωνιακά δίκτυα. Συγκεκριμένα, η μελέτη αναφέρεται σε συστήματαστα οποία η μετάδοση της πληροφορίας πραγματοποιείται με χρήση της ορθογωνικής πο-λυπλεξίας στα πεδία της συχνότητας, του χώρου, της κωδικοποίησης και υβριδικές προ-σμίξεις αυτών. Η προσέγγιση που ακολουθείται δραστηριοποιείται σε δύο κύριους άξονες.Το αντικείμενο του πρώτου άξονα είναι η ανάλυση, αξιολόγηση και βελτιστοποίηση τηςτεχνικής διαδοχικής ακύρωσης παρεμβολών. Το αντικείμενο του δεύτερου άξονα είναι οέλεγχος πρόσβασης και η διαχείριση συστημικών ραδιοπόρων στα ανωτέρω συστήματα. Ηεν λόγω δραστηριοποίηση αναλύεται από την πλευρά του δέκτη, αποσκοπώντας σε μίασυνολική δεκτοκεντρική αντιμετώπιση παρεμβολών.Αρχικά περιγράφονται τα βασικά χαρακτηριστικά των σύγχρονων δικτυακών υποδομών και το φαινόμενο της παρεμβολής κατά τη διάδοση του σήματος στο κανάλι επικοινωνίας. Επίσης, πραγματοποιείται μία πλήρης καταγραφή και αξιολόγηση των σημαντικότερων δεκτοκεντρικών τεχνικών διαδοχικής ακύρωσης παρεμβολών, σε σχέση με την αποδοτικότητα και την πολυπλοκότητα που επιφέρουν στο δέκτη. Κατόπιν προτείνεται μία νέα τεχνική, η οποία χρησιμοποιεί υβριδικά δύο διαφορετικούς τρόπους ανίχνευσης του σήματος, σύμφωνα με τον κατάλληλο μηχανισμό μεταγωγής. Στόχος της τεχνικής αυτής είναι η βελτιστοποίηση της αντιστάθμισης απόδοσης-πολυπλοκότητας στο δέκτη.Στην συνέχεια αναλύεται θεωρητικά η επίδοση της τεχνικής διαδοχικής ακύρωσης παρεμβολών, όπου εξάγονται χρήσιμες στατιστικές μετρικές σε μαθηματικές εκφράσεις κλειστού τύπου. Με τον τρόπο αυτό γενικεύονται ορισμένα αποτελέσματα που έχουν ήδη δημοσιευθεί στο παρελθόν, ενώ αναλύεται θεωρητικά η πιθανότητα διάδοσης σφάλματος της τεχνικής αυτής για πρώτη φορά στη βιβλιογραφία.Τέλος, προτείνεται ένας νέος αλγόριθμος ελέγχου πρόσβασης, όπου η διαχείριση ραδιοπόρων στους επιμέρους χρήστες του συστήματος, και η μείωση των παρεμβολών πραγματοποιείται από την πλευρά του δέκτη. Τα οφέλη που προκύπτουν είναι η βελτίωση της ανθεκτικότητας του σήματος σε σφάλματα κατά τη μετάδοση και η ελαχιστοποίηση τηςσηματοδοσίας μεταξύ του πομπού και του δέκτη.