Skip to main content
SUPERVISOR
Abolghasem Zeidaabadi Nezhad,Mohammad sadegh Fazel falavarjani
ابوالقاسم زیدابادی نژاد (استاد راهنما) محمدصادق فاضل فلاورجانی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Samira Malekpour
سمیرا ملک پور

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1392
MIMO systems, with its reliability and high growth in sum-rate without increasing the transmission power or bandwidth, have been used in several recent wireless communication standards. Meanwhile microcell and distributed antenna systems have received the most attention, due to the reduction of distance between the transmitter and the receiver, and the resulting increase in data rates. When the antenna elements of a central antenna unit in a big cellular area are divided into several separate antenna units and distributed around the area - so that every element is connected to a central processing unit placed in the center of the area - a distributed antenna system is created. In addition to spatial diversity, this kind of system allows for large-scale and small-scale performance improvements such as reducing radiation power (which in turn reduces inter-cell interference) as well as increasing coverage and spectral efficiency. Nevertheless, the different degrees of path loss due to different distances between users and the distributed units create noticeable challenges in analyzing the efficiency of these systems. Using MIMO capability in each smaller antenna unit, in order to increase spectral efficiency and also concentrating radio signals in a particular direction, can improve reliability of the communication link as well. However according to the propagation loss in high frequencies (millimeter-wave frequencies), in order to have a better coverage in every macrocell, the direction of transmission should be changed towards the desired receiver and vice versa. Moreover, it is necessary to ensure a long range reception by compensating for the path loss in an optimal fashion. The objective of an antenna array, in form of a spatial (angular) filter, is to successfully send (or receive) a beam to (from) a desired direction, and to create an effective null, both in reception and transmission, in order to eliminate transmission (or reception) of signals to (from) undesirable directions. This process is as effective in reducing interference as using a large directional antenna. The formation of this spatial filter in high frequencies (millimeter wave frequencies) in the presence of uniform random line of sight (UR-LoS) stochastic channel provides a desired propagation phenomenon. In this thesis, in order to improve the performance of the communication network in millimeter-wave frequencies we propose a method for beam forming based on the main beam forming and effective null forming. Accordingly, three communication scenarios have been analyzed. In the first scenario (the centralized scenario) we consider a point to point communication between a multi-antenna unit and a single multi-antenna user. In the second scenario (cooperative scenario) several multi-antenna units send same information to a single multi-antenna user. In the third scenario (multi user scenario) each multi-antenna unit is connected to the nearest multi-antenna user independently. According to the fact that each multi-antenna unit has an antenna array, spatial multiplexing can also be provided in addition to the frequency-time multiplexing of the beams. It is noteworthy that the proposed beam forming scheme used at the transmitter and receiver is based on the SIR maximization approach. Considering the design criteria, simulation results confirm the efficiency of the proposed technique in terms of the sum throughput of the network. Key Words : MIMO , Distributed MIMO (D-MIMO) , Smart antenna array, Beamforming and Precoding, Nullforming
سیستم‌های MIMO به دلیل قابلیت اطمینان و ارتقای ظرفیت بدون افزایش توان ارسالی و پهنای‌باند ، در استاندار دهای مختلف سیستم‌های مخابرات بی‌سیم اخیر مورد استفاده گرفته‌است. در این میان ، سیستم‌ میکروسلولی و سیستم آنتنی توزیع‌شده به علت کاهش فاصله میان فرستنده و گیرنده و به دنبال آن افزایش بسیار زیاد نرخ داده در مخابرات بی‌سیم بسیار مورد توجه قرار گرفته‌است. زمانیکه عناصر واحد آنتنی مرکزی قرارگرفته در یک حیطه‌ی سلولی بسیار بزرگ ، به تعداد زیادی واحد آنتنی جدا از هم تقسیم شده و سرتاسر آن ناحیه‌ پراکنده شوند ، به طوریکه همگی به یک واحد پردازش مرکزی واقع در مرکز سلول مرتبط باشند ، با تشکیل یک سیستم آنتنی توزیع‌شده می‌توانند علاوه بر مزیت میکروچندگانگی فضایی از مزیت ماکروچندگانگی نیز بهره‌مند شوند. برخورداری از توان تشعشعی پایین (و بنابراین تداخل کمتر در سلول‌های دیگر) ، افزایش بسیارزیاد پوشش‌دهی و بهبود کارائی طیفی ، از قابلیت‌های دیگر این سیستم‌ها به شمار می‌رود. اما سطوح مختلف تلفات مسیر ناشی از فواصل مختلف دسترسی به واحدهای آنتنی توزیع‌شده ، چالش‌های قابل توجهی را در تحلیل بازده طیفی این سیستم‌ها به همراه خواهدداشت. استفاده از بیش از یک آنتن در هریک از واحدهای آنتنی دور از هم ، با هدف افزایش کارآیی طیفی و تمرکز سیگنال ارسالی در راستای خاص ، بهبود قابلیت اطمینان لینک ارتباطی را نیز به دنبال خواهدداشت. اما با توجه به تلفات انتشار فرکانس‌های بالا (فرکانس امواج میلی‌متری) ، برای اینکه در هر شبکه‌ی مخابراتی پوشش مطلوبی داشته باشیم ، بایستی جهت ارسال اطلاعات همواره به صورت هوشمند به سمت گیرنده‌ی موردنظر تغییر کند و با ایجاد برد بلند انرژی تلفات ناشی از انتشار مسیر ارتباطی به صورت بهینه جبران شود. آرایه آنتن ، چیدمانی از آنتن‌های منفرد است که برای شکل‌گیری یک فیلتر فضایی (زاویه‌ای) هماهنگ می‌شوند. هدف این سیستم، ارسال (یا دریافت) موفق یک سیگنال در جهت مطلوب و ایجاد صفر موثر ، به مفهوم حذف سیگنال‌ (هم در ارسال و هم در دریافت) در دیگر جهت‌های نامطلوب (ناخواسته) است. شکل‌دهی باریکه، یک روش پردازش سیگنال است که ترکیب سیگنال‌های رادیویی ارسالی (یا دریافتی) مجموعه‌‌ی عناصر آرایه آنتن را به گونه‌ای شکل می‌دهد که همچون یک آنتن جهت‌دار بزرگ در مقابله با تداخل ، مؤثر واقع شود. شکل‌دهی این فیلتر فضایی در فرکانسهای بالا (امواج میلی‌متری) در حضور کانال دید مستقیم تصادفی یکنواخت انتشار مطلوبی را ایجاد می‌کند. در این پایان‌نامه ، برای بهبود عملکرد یک شبکه مخابراتی در فرکانس‌ موج میلی‌متری ، یک روش شکل‌دهی الگوی تشعشعی بر مبنای هدایت باریکه اصلی و صفرهای مؤثر پیشنهاد شده‌است. در این راستا ، سه چیدمان مخابراتی نیز مورد بررسی قرار گرفته شده است. در چیدمان اول (چیدمان متمرکز) ، یک کاربر چندآنتنی با یک واحد چندآنتنی ارتباط نقطه به نقطه برقرار می‌سازد. در چیدمان دوم (چیدمان همکارانه) ، چند واحد آنتنی مجزا به صورت همکارانه اطلاعات مشترکی برای تک کاربر موردنظر ارسال می‌کنند. در چیدمان سوم ، چند کاربر با چند واحد آنتنی مجزا به صورت تک به تک ارتباط مخابراتی برقرار می‌سازند. ضمن اینکه با توجه به واحدهای آنتنی مجزا که هریک دارای یک آرایه آنتن هستند ، از مزایای همتافتگری تقسیم فضا به خوبی همتافتگری تقسیم فرکانس و زمان (در باریکه‌ها) نیز بهره‌برداری می‌شود. با معیار بیشینه‌کردن SI R در این شبکه ، روش شکل‌دهی الگوی پیشنهادی هم در فرستنده و هم در گیرنده بکار گرفته می‌شود. با توجه به معیار در نظر گرفته شده در طراحی ، مجموع نرخ گذردهی در این شبکه ، نتایج شبیه‌سازی کارآیی روش پیشنهادی را تأیید می‌کند. واژه‌های کلیدی:1- چندآنتنی ، 2- چندآنتنی توزیع‌شده ، 3- آرایه آنتن هوشمند، 4- شکل‌دهی باریکه و پیش‌کدگذاری، 5- شکل‌دهی صفر.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی