Μελέτη απόδοσης ψηφιακών τεχνικών διαμόρφωσης υπέρ-ευρείας ζώνης συχνοτήτων

Abstract

This thesis was an in depth study of ultra-wideband wireless technology (UWB) the main feature of which is very large signal bandwidth typically in the order of GHz. Although the analysis was generic to some extent the study was focused on applications of high-rate wireless personal area networks (WPAN). Furthermore the specific requirements of UWB networks with dynamic topology were identified. This choice was based on promise of UWB technology for a high-rate system that can support a large number of users low power consumption and simple implementation. Although regulatory constraints and conflicting interests have not allowed the standardization of this technology so far its unique characteristics make it an attractive proposition for such applications. The study of UWB technology focused on three main areas. First performance of a UWB system under the influence of multiuser interference was examined. Then the effect of narrowband interference in the capacity of the system was studied. Finally an effective method of coarse acquisition was sought since the methods proposed so far did not meet the requirements of a high-rate dynamic network. In each of these three studies different multiple access and spread spectrum techniques were examined. The results presented in the manuscript include analytic approach in conjunction with computer simulation. Based on the results of the study although the most widely used multiple access technique to date is time hopping (TH) direct sequence (DS) is preferable for high rate applications. Concerning the coarse acquisition due to the dense multipath channel differential techniques have a significant advantage as they can exploit the energy of multipath to aid in the synchronization process.

Στην παρούσα διατριβή έγινε μια εις βάθος μελέτη της τεχνολογίας ασυρμάτων επικοινωνιών υπερ-ευρείας ζώνης (UWB) το βασικό χαρακτηριστικό της οποίας είναι το πολύ μεγάλο εύρος ζώνης του σήματος τυπικά της τάξης των GHz. Αν και η ανάλυση ήταν ως ένα βαθμό γενική δόθηκε έμφαση στις εφαρμογές ασυρμάτων επικοινωνιών υψηλού ρυθμού για δίκτυα προσωπικής εμβέλειας (WPAN). Επίσης επισημάνθηκαν οι ιδιαίτερες απαιτήσεις δικτύων UWB με δυναμική τοπολογία. Η επιλογή αυτή βασίστηκε στο ότι η τεχνολογία UWB υπόσχεται να δώσει σημαντική ώθηση στην υλοποίηση τέτοιων δικτύων λόγω των δυνατοτήτων που προσφέρει για πολλούς χρήστες υψηλούς ρυθμούς χαμηλή κατανάλωση και απλότητα υλοποίησης. Παρόλο που μέχρι στιγμής οι διαφορετικοί σε κάθε κράτος κανονισμοί χρήσης φάσματος και τα αντικρουόμενα συμφέροντα των εταιριών τουκλάδου δεν έχουν επιτρέψει την προτυποποίηση της τεχνολογίας αυτής τα μοναδικά της χαρακτηριστικά την κάνουν μια ελκυστική πρόταση για τέτοιες εφαρμογές. Η μελέτη της τεχνολογίας UWB εστιάστηκε σε τρεις κυρίως τομείς. Καταρχήν εξετάστηκαν οι επιδόσεις ενός συστήματος UWB υπό την επίδραση παρεμβολής πολλών χρηστών. Έπειτα μελετήθηκε η επίδραση παρεμβολών στενής ζώνης στη χωρητικότητα του συστήματος. Τέλος αναζητήθηκε μια αποδοτική μέθοδος συγχρονισμού καθώς οι μέθοδοι που έχουν προταθεί μέχρι στιγμής κρίθηκαν ανεπαρκείς για τις απαιτήσεις ενός συστήματος υψηλού ρυθμού. Σε καθεμία από τις τρεις αυτές μελέτες εξετάστηκαν διαφορετικές τεχνικές πολλαπλής πρόσβασης και διεύρυνσης φάσματος. Τα αποτελέσματα της μελέτης που παρουσιάζονται στο κείμενο περιλαμβάνουν αναλυτική προσέγγιση των υπό εξέταση θεμάτων σε συνδυασμό με προσομοίωση σε υπολογιστή. Με βάση τα αποτελέσματα της μελέτης αν και η πιο διαδεδομένη τεχνική πολλαπλής πρόσβασης μέχρι και σήμερα είναι τη αναπήδηση χρόνου (ΤΗ) για εφαρμογές υψηλού ρυθμού κρίνεται προτιμότερη η διεύρυνση φάσματος απευθείας ακολουθίας (DS). Σε ότι άφορα το χονδρικό συγχρονισμό λόγω των ισχυρών πολυοδών φαινομένων του καναλιού οι τεχνικές διαφορικής λήψης εμφανίζουν ένα σημαντικό πλεονέκτημα καθώς μπορούν να εκμεταλλευτούν την ισχύ των ανακλάσεων για το χονδρικό συγχρονισμό. Στη μελέτη αυτό χρησιμοποιήθηκε για να προταθεί μια νέα τεχνική συγχρονισμού που προσφέρει σημαντικά πλεονεκτήματα σε σχέση με τις συμβατικές τεχνικές.