Search

In vehicular environments, the scattering environment can change very rapidly, owing to the mobility of the Tx and Rx vehicles, the relatively low height of the antennas and the potentially large number of scatterers in the surrounding environment. Vehicular radio propagation channels thus differ significantly from those of other wireless cellular networks, so that dedicated measurement campaigns and realistic radio propagation channel models are required to fully exploit their potentialities. The main contributions of this thesis are summarized as follows: - Two measurement campaigns of MIMO vehicular radio propagation channels were conducted at 5.3 GHz, - The validity of the WSS and US assumptions is assessed using the CMD, which characterizes the amount of change in the spatial structure of MIMO radio propagation channels. Stationarity distances and frequency bandwidth are 10 to 40 m long and 40 to 50 MHz wide, respectively, depending on the variability and richness of the scattering environment, - The non-stationary fading statistics are characterized stochastically, in terms of Ricean K-factor and RMS delay spread. Their time- and space-variations are strongly related to changes in the richness of the scattering environment and on the presence (or not) of a strong LoS component. They are modeled by multi-modal Gaussian distributions, - A vehicular GSCM is proposed, in which each scatterer is defined and characterized separately: the radio wave propagation with simplified ray-tracing tools and the scattering aspects with a classical fading model. The diffuse scattering is modeled in a purely stochastic manner. The GSCM is then completely parameterized and validated for SISO systems. (FSA - Sciences de l'ingénieur) -- UCL, 2013

279 σ., Αντικείμενο της Διατριβής είναι η έρευνα και ανάπτυξη μοντέλων για την περιγραφή ΜΙΜΟ δορυφορικών διαύλων με πολλαπλές εισόδους – πολλαπλές εξόδους και η εκτίμηση της επίδοσής τους μέσω αναλυτικών εκφράσεων και προσομοιώσεων. Το Κεφάλαιο 1 παρέχει μια εισαγωγή στις πρόσφατες τεχνολογικές εξελίξεις των δορυφορικών επικοινωνιών και της τεχνολογίας MIMO και στη συνέχεια εισάγει την έννοια της εφαρμοσιμότητας της τεχνολογίας ΜΙΜΟ στις δορυφορικές επικοινωνίες. Στο Κεφάλαιο 2 αναλύονται τα φαινόμενα διάδοσης και οι αντίστοιχες διαλείψεις που χαρακτηρίζουν τους συμβατικούς SISO δορυφορικούς διαύλους με απλή είσοδο – απλή έξοδο και λειτουργούν σε συχνότητες τόσο κάτω όσο και άνω των 10GHz. Επίσης, αναλύεται προτεινόμενο αναλυτικό μοντέλο συσχέτισης των διαλείψεων λόγω βροχής και πολυδιαδρομικής διάδοσης σε SISO κινητό δορυφορικό δίαυλο σε συχνότητες άνω των 10GHz. Στο Κεφάλαιο 3 μελετώνται διάφοροι MIMO επίγειοι ασύρματοι δίαυλοι και εισάγονται θεμελιώδεις έννοιες που αφορούν τη χωρητικότητά τους με βάση τη θεωρία ΜΙΜΟ. Επίσης, αναλύεται η χωρητικότητα σε διάφορες ειδικές περιπτώσεις ΜΙΜΟ επίγειων ασυρμάτων διαύλων μεταξύ των οποίων και ο προτεινόμενος MIMO ασύρματος δίαυλος σε συχνότητες άνω των 10GHz υπό συνθήκες διαλείψεων λόγω βροχής. Στη συνέχεια, ενοποιούνται οι αναλύσεις των Κεφαλαίων 2 και 3 για τη σε βάθος μελέτη εφαρμογής της τεχνολογίας MIMO στους δορυφορικούς διαύλους. Συγκεκριμένα, στο Κεφάλαιο 4 μελετώνται ΜΙΜΟ σταθεροί δορυφορικοί δίαυλοι που λειτουργούν σε συχνότητες άνω των 10GHz υπό συνθήκες διαλείψεων λόγω βροχής και στους οποίους εφαρμόζονται οι τεχνικές διαφορισμού δορυφόρου και διαφορισμού θέσης. Στο Κεφάλαιο 5 μελετώνται ΜΙΜΟ κινητοί δορυφορικοί δίαυλοι που λειτουργούν σε συχνότητες κάτω των 10GHz υπό συνθήκες διαλείψεων λόγω σκίασης και πολυδιαδρομικής διάδοσης και στους οποίους εφαρμόζονται οι τεχνικές διαφορισμού πόλωσης, διαφορισμού δορυφόρου και διαφορισμού κεραίας. Και στα δύο αυτά Κεφάλαια, έμφαση δίδεται στην έρευνα και ανάπτυξη μοντέλων για την αναλυτική περιγραφή των αντιστοίχων ΜΙΜΟ διαύλων και στην εκτίμηση της επίδοσής τους μέσω αναλυτικών εκφράσεων και προσομοιώσεων για τη χωρητικότητα διακοπής, την πιθανότητα διακοπής λόγω σφαλμάτων μετάδοσης ψηφίων και την πιθανότητα λάθους τους. Επιπλέον, στο Κεφάλαιο 5 δίδεται αναλυτική μεθοδολογία δημιουργίας χρονοσειρών των υπό μελέτη MIMO κινητών δορυφορικών διαύλων για την προσομοίωση επίδοσης των διαφόρων MIMO τεχνικών μετάδοσης σε σύγχρονα δορυφορικά συστήματα επικοινωνιών., This PhD Thesis deals with the research and development of MIMO satellite channel models and their performance improvement estimation through analytical expressions and computer simulations. Chapter 1 provides an introduction on the recent technological advances in the fields of satellite communications and MIMO technology and then outlines issues associated to the applicability of MIMO technology to satellite channels. Chapter 2 analyzes the propagation impairments and the respective fading effects which characterize the conventional SISO satellite channels operating at frequencies below and above 10GHz. An analytical model on the relation between rain fading and multipath fading effects in SISO land mobile satellite (LMS) channels operating at frequencies above 10GHz is also proposed. Chapter 3 addresses MIMO terrestrial wireless communications and analyzes some fundamentals on channel modeling and capacity evaluation based on the available vast MIMO theory. The channel capacity is evaluated in several special cases of MIMO terrestrial wireless channels among which a proposed MIMO millimeter-wave channel which operates under rain fading. The analyses of Chapters 2 and 3 are then unified in Chapters 4 and 5 for an in-depth investigation of MIMO applicability to satellite communications. Specifically, Chapter 4 deals with MIMO fixed satellite channels which operate at frequencies above 10GHz under rain fading and to which satellite diversity and site diversity are separately assumed for the MIMO channel matrix generation. Chapter 5 deals with MIMO LMS channels which operate at frequencies below 10GHz under shadowing and multipath fading and to which polarization diversity, satellite diversity and antenna diversity are separately assumed for the MIMO channel matrix generation. In both Chapters 4 and 5, emphasis is put on channel modeling and performance evaluation issues for the respective MIMO satellite channels through analytical expressions and computer simulations. In this regard, performance measures employed refer to outage capacity, bit error outage probability (BEOP) and bit error probability (BEP). Moreover, specifically, in Chapter 5, a step-by-step methodology for the time-series generation of the proposed MIMO LMS channels is provided for the performance assessment of advanced MIMO-enabled satellite transmission systems.