Mobile and Wireless Communications Summit 2006: MIMO Systems Υ.Δ. : Στέλιος Μυτιληναίος Υπ.Ερ.: Στέλιος Θωμόπουλος

Capacity Evaluation in an Indoor MIMO Wireless Channel at the Millimeter Wave Band (1) Nektarios Moraitis, Dimitris Dres, and Philip Constantinou National Technical University of Athens, Mobile Communications Laboratory Στόχος: Αξιολόγηση της χωρητικότητας ενός καναλιού κινητών επικοινωνιών εσωτερικού χώρου, σε χιλιοστομετρικές συχνότητες (60GHz). Χρήση γεωμετρικών μοντέλων Αξιολόγηση γωνίας άφιξης και γωνίας εκκίνησης πολυδιαδρομικής διάδοσης Μελέτη SISO και MIMO καναλιού, με 2x2 και 4x4 κεραίες Συμπεράσματα: Σημαντική αύξηση της χωρητικότητας του καναλιού με χρήση ΜΙΜΟ κεραιών

Capacity Evaluation in an Indoor MIMO Wireless Channel at the Millimeter Wave Band (2) SISO κανάλι : Κρουστική απόκριση h(τ) MIMO κανάλι : Πίνακας κρουστικών αποκρίσεων Η(τ) (Αμελείται η χρονομεταβλητή φύση του καναλιού)

Capacity Evaluation in an Indoor MIMO Wireless Channel at the Millimeter Wave Band (3)

Simplified Simulation of MIMO Channels for Reference Measuring Purposes (1) Philipp Albrecht*, Heinz Mellein*, Markus Stichler# *Ronde & Schwarz GmbH, #Fachhonschule Rosenheim, University of Applied Sciences Στόχος: Ανάπτυξη προσομοιωτών καναλιών ΜΙΜΟ με μειωμένη πολυπλοκότητα και χρόνο εκτέλεσης, για τις ανάγκες προσομοίωσης ΜΙΜΟ καναλιών με μεγάλες διατάξεις κεραιών. Προσομοίωση κάθε ενός από τα NxM κανάλια ξεχωριστά Αποδοχή κάποιου βαθμού συσχέτισης μεταξύ των διαφορετικών καναλιών για μείωση της πολυπλοκότητας Διασφάλιση ότι αν μια συσκευή περάσει το τεστ του απλοποιημενου προσομοιωτή θα περάσει οπωσδήποτε και το τεστ του πλήρους προσομοιωτή

Simplified Simulation of MIMO Channels for Reference Measuring Purposes (2) Απλοποιημένο διάγραμμα 2x2 ΜΙΜΟ συστήματος Κάθε κρουστική απόκριση του προσομοiωτή προκύπτει από γεωμετρικο μοντέλο θεωρώντας clusters σκεδαστών Πλήρης προσομοιωτής ΜΙΜΟ 2x2

Simplified Simulation of MIMO Channels for Reference Measuring Purposes (3)

Simplified Simulation of MIMO Channels for Reference Measuring Purposes (4) Απλοποιημένος προσομοιωτής ΜΙΜΟ ΝxΜ Απλοποιημένος πίνακας αποκρίσεων κατασκεύαζεται έτσι ώστε: όπου είναι ο πλήρης πίνακας αποκρίσεων του συστήματος

Simplified Simulation of MIMO Channels for Reference Measuring Purposes (5) «Απλοποιημένος» προσομοιωτής 2x2 με όλα τα κανάλια Απλοποιημένος προσομοιωτής 2x2

Simplified Simulation of MIMO Channels for Reference Measuring Purposes (6) Αποτελεσματα «απλοποιημένου» προσομοιωτή 2x2 με όλα τα κανάλια Αποτελεσματα απλοποιημένου προσομοιωτή 2x2 με 2 κανάλια

4 MORE: An Advanced SS-MC-MA System for a 2x4 MIMO Uplink Scheme (1) Maryline Helard¤, Rodolphe Legouable¤, Laurent Cariou*, Jean-Francois Helard*, Ivana Raos#, Angel Fernandez Herrero#, and Nadine Chapalain$ ¤ France Telecom R&D * INSA-IETR # Mitsubishi Electric $ Polytechnic University of Madrid Στόχος: Ανάπτυξη ενός ολοκληρωμένου συστήματος SS-MC-MA στα πλαίσια του προγράμματος 4MORE. 4MORE: Ανάπτυξη ενός ΜΙΜΟ System-on-Chip (SoC) 4G εφαρμογές, ΜΙΜΟ συστήματα Σύστημα Spread Spectrum, Multiple Carrier, Multiple Access (SS-MC-MA)

4 MORE: An Advanced SS-MC-MA System for a 2x4 MIMO Uplink Scheme (2) Μπλοκ διάγραμμα πομπού και δέκτη συστήματος. ΜΙΜΟ-OFDM με 2 κεραίες στον πομπό και 4 στον δέκτη (2x4).

4 MORE: An Advanced SS-MC-MA System for a 2x4 MIMO Uplink Scheme (3) Δομή συμβόλου που χρησιμοποιήθηκε Τυπικές τιμές για BER, μέσο BER και εκμετάλλευση φάσματος για διάφορες διαμορφώσεις

4 MORE: An Advanced SS-MC-MA System for a 2x4 MIMO Uplink Scheme (4) Επίδοση συστήματος για διάφορες διαμορφώσεις

4MORE: An Advanced MIMO Downlink MC-CDMA System (1) Ronald Raulefs¤, Stephan Sand¤, Joaquim Bastos*, Ivana Raos#, Angel Fernández#, Dimitri Kténas$, Nicolas Cassiau$, Loïc Brunel^ ¤ German Aerospace Center * Institute of Telecommunications Portugal # Polytechnic University of Madrid $ CEA Grenoble ^Mitsubishi Electric Στόχος: Ανάπτυξη ενός συστήματος MC-CDMA στα πλαίσια του προγράμματος 4MORE. Multiple Carrier, Code Division Multiple Access (MC-CDMA)

4MORE: An Advanced MIMO Downlink MC-CDMA System (2) Το σύστημα χρησιμοποιεί διπλή εκπομπή Alamouti για εκπομπή από 4 κεραίες. Δομή frame προτεινόμενου συστήματος με μεγαλύτερες θυρίδες από τις συμβατικές.

4MORE: An Advanced MIMO Downlink MC-CDMA System (3) Μπλοκ διάγραμμα πομπού Μπλοκ διάγραμμα δέκτη

4MORE: An Advanced MIMO Downlink MC-CDMA System (4) Αποτελέσματα προσομοίωσης για διάφορες διαμορφώσεις

On the Design of a Broadband Wireless MIMO-OFDM Demonstrator (1) Polytechnic University of Catalunya Στόχος:Πλατφόρμα επίδειξης για συστήματα MIMO-OFDM Ολοκληρωμένο σύστημα ΜΙΜΟ: Κεραίες Κυκλώματα εκπομπής και λήψης Ψηφιακά κυκλώματα ελέγχου Ολοκληρωμένο σύστημα μετρήσεων και χαρακτηρισμού του καναλιού με υπολογιστές και λογισμικό

On the Design of a Broadband Wireless MIMO-OFDM Demonstrator (2) Χαρακτηριστικά συστήματος: Multi-antenna, multi-band transceivers RF front ends with 4 channels Linear array of 4 monopoles Control: baseband AND RF, via GUI. Controllable parameters: carrier frequency, modulation scheme, diversity selection Data logging: frequency and time response for all antennas (joint least squares estimation for 4x4 responses)

On the Design of a Broadband Wireless MIMO-OFDM Demonstrator (3) Θέματα προς επίλυση: Θόρυβος φάσης Απώλεια ορθογωνικότητας σημάτων Ενδοσυμβολική παρεμβολή Σύζευξη κεραιών Ζητούμενα: Ευρωστία στην πολυδιαδρομική διάδοση Αποτελεσματική εκμετάλλευση φάσματος Μειωμένη πολυπλοκότητα Τελικό αποτέλεσμα: Μετρήσεις επιτυχείς σε όλα τα σημεία!

Antenna Subarray Formation (1) Κ. Κανάτας, Πανεπιστήμιο Πειραιά – Εργαστήριο Κινητών Επικοινωνιών ΕΜΠ Στόχος: Μέθοδος η οποία να λύνει το πρόβλημα σχηματισμού subarray με γρήγορο και αποδοτικό τρόπο Κίνητρο: Ακόμη και βέλτιστα subarrays υποφέρουν από σημαντική υποβάθμιση της χωρητικότητας σε σχέση με το πλήρες σύστημα Πρόταση: Αντί να αντιμετωπίζεται η έξοδος κάθε στοιχείου σαν κανάλι, να αντιμετωπίζεται κάθε βαρισμένη έξοδος σαν κανάλι Κάθε στοιχείο ανήκει σε ένα subarray μόνο Στόχος η μεγιστοποίηση της χωρητικότητας του καναλιού

Antenna Subarray Formation (2) Χαρακτηριστικά προσομοιωτή: ΜT κεραίες εκπομπής ΜR κεραίες λήψης, ΜΤ<ΜR Ν κανάλια εξόδου. Καλό είναι ΜΤ=Ν Χαρακτηριστικός πίνακας subarray: A Χαρακτηριστικός πίνακας καναλιού : H Καινοτόμος αλγόριθμος σχηματισμού subarray βασισμένος στην νόρμα Frobenius Η συνδυασμένη επίδραση του καναλιού και του subarray δίνεται από: Αποτελέσματα προσομοίωσης με υποθέσεις Rayleigh i.i.d. κανάλια, δίνουν πολύ καλά αποτελέσματα, πολύ κοντά στην χωρητικότητα του πλήρους συστήματος

Flexible Demonstrator for MIMO Systems (1) Polytechnic University of Catalunya Στόχος:Πλατφόρμα επίδειξης για συστήματα MIMO Κίνητρο: Μετρήσεις και χαρακτηρισμός ΜΙΜΟ καναλιών, αξιολόγηση αλγορίθμων ΜΙΜΟ Χαρακτηριστικά πλατφόρμας: WLAN συχνότητες ULA κεραίες (με μεταβλητές αποστάσεις στοιχείων!) Στοιχεία κεραιών: α) 4 κινητά μονόπολα σε αποστάσεις 0.1λ-λ και β) στοιχεία διπλής πόλωσης αποτελούμενα από δύο γραμμικά στοιχεία σε γωνία 45 μοιρών. Υλοποίηση σχήματος Alamouti Έξοδος συστήματος: πίνακας H αποκρίσεων καναλιού

Flexible Demonstrator for MIMO Systems (2) Απαιτήσεις-ανοιχτά ζητήματα: Απαιτείται calibration λόγω ατελούς επαναληψιμότητας των μικροκυματικών στοιχείων Απαιτείται σίγηση τυχόν υπαρχόντων WLAN Λάθη συντονισμού συχνότητας λόγω διαφορετικών LO -> θόρυβος φάσης -> περιστροφή signal constellation Πραγματοποιηθείσες μετρήσεις: Μετρήσεις Η με παράλληλη και κάθετη πόλωση Μετρήσεις δισδιάστατης DoA (αζιμούθιο και γωνία ανύψωσης) Μετρήσεις στο πεδίο του χώρου και του χρόνου (space-time) Μελλοντική εργασία: Εκστρατεία μετρήσεων ΜΙΜΟ Αξιολόγηση αλγορίθμων ΜΙΜΟ

MIMO Link Layer Simulator for HSDPA (1) Φ. Λαζαράκης, Ινστιτούτο Πληροφορικής και Τηλεπικοινωνιών, Δημόκριτος Στόχος: Αξιολόγηση της επίδρασης ΜΙΜΟ συστημάτων σε δίκτυα HSDPA, σε επίπεδο σύνδεσης δεδομένων (link layer) Κίνητρα: Τα συστήματα ΜΙΜΟ έχουν σημαντική επίδραση σε φυσικό επίπεδο (physical layer) Η επίδραση συστημάτων ΜΙΜΟ σε επίπεδο link δεν είναι άμεσα αξιολογήσιμη (η μέτρηση Frame Error Rate (FER) και Bit Error Rate (BER) δεν είναι αρκετή για ΜΙΜΟ συστήματα) Απαιτείται κάποια τεχνική η οποία να προσομοιώνει και να αξιολογεί την βελτίωση της επίδοσης ενός συστήματος σε επίπεδο link και δικτύου, λόγω της ανάπτυξης ΜΙΜΟ συστημάτων

MIMO Link Layer Simulator for HSDPA (2) Ιδεατή πρόταση: Προσομοίωση σε φυσικό επίπεδο όλων των καναλιών ΜΙΜΟ για όλο το δίκτυο -> είσοδος στον προσομοιωτή επιπέδου δικτύου – πρακτικά μη εφαρμόσιμη μέθοδος λόγω τεράστιων απαιτήσεων σε υπολογιστική ισχύ Προτεινόμενη λύση: Μοντελοποίηση fading σε φυσικό επίπεδο και δημιουργία μιας μετρικής η οποία να παρέχει μια ένα-προς-ένα αντιστοιχία με χαρακτηριστικά του δικτύου. Μετρικές που χρησιμοποιούνται συνδέουν διάφορα χαρακτηριστικά του καναλιού (χωρητικότητα, SINR, cut off rates) με χαρακτηριστικά του στρώματος σύνδεσης, όπως το FER. Υιοθετήθηκε τελικά η ιδέα να χρησιμοποιηθεί η χωρητικότητα του καναλιού για την δημιουργία μιας μετρικής που να υπολογίζει το FER:

MIMO Link Layer Simulator for HSDPA (3) Η μελέτη έγινε με παραμέτρους την σχεδίαση των κεραιών, την σχεδίαση του δικτύου, το κανάλι διάδοσης και το είδος της υπηρεσίας (browsing-64kbps, FTP-384kbps) Η αξιολόγηση βασίστηκε στον υπολογισμό FER, handover rate, user throughput, system throughput, % of satisfied users (satisfied user = actual data rate > nominal data rate), Χρησιμοποιήθηκε κανάλι AWGN με flat fading και frequency selective fading συνθήκες και από τις καμπύλες εξόδου με παρεμβολή υπολογίστηκε η συνάρτηση FER=f(C)

MIMO Link Layer Simulator for HSDPA (4) Προσομοίωση downlink μόνο, με 29 εξαγωνικές κυψέλες, ακτίνα κυψέλης 1400m, 3-sector κεραίες σταθμών βάσης 3GPP μοντέλο διάδοσης με log-normal shadowing (correlation based models - geometry based models) Συστήματα SISO και ΜΙΜΟ 2x2 Σχήματα εκπομπής BLAST/Alamouti, διάφορα φορτία δικτύου Χρόνος εκτέλεσης: 3 ώρες. Χρόνος προσομοίωσης: 3 λεπτά. Αποδεικνύεται η επίδραση του ΜΙΜΟ στην επίδοση του δικτύου, κυρίως στο ποσοστό των saτisfied users και όχι τόσο στα υπόλοιπα χαρακτηριστικά (throughput κλπ.)