Σχεδίαση MIMO κεραίας φιλικής προς τον τελικό χρήστη και κατάλληλου ανθρώπινου ομοιώματος για εφαρμογές υψηλών συχνοτήτων. (2 Άτομa)
Διπλωματική Εργασία
| Επιβλέπων | Δήμητρα-Θεοδώρα Κακλαμάνη |
|---|---|
| Συσχετιζόμενο μάθημα | Μικροκύματα |
Περιγραφή
Οι κεραίες πολλαπλών κεραιοστοιχείων (Μassive Μultiple Ιnput Μultiple Οutput - mMIMO) αποτελούν μία από τις βασικές τεχνολογίες στις χιλιοστομετρικές συχνότητες (mmWaves). Η ενσωμάτωση πολλών κεραιοστοιχείων, τόσο στο σταθμό βάσης (τάξεως μερικών εκατοντάδων), όσο και στο κινητό τερματικό (τάξεως δεκάδας), αφενός προσδίδει στο δίκτυο νέες δυνατότητες και επεκτείνει υφιστάμενες, αφετέρου προτάσσει και αρκετές προκλήσεις. Για παράδειγμα, η ανάπτυξη πολλαπλών κεραιοστοιχείων εκατέρωθεν του ραδιοδιαύλου έχει ως αποτέλεσμα, μεταξύ άλλων, την εξάλειψη του ασυσχέτιστου θορύβου (uncorrelated noise) και των διαλείψεων μικρής κλίμακας (small-scale fading), τη βελτίωση της φασματικής και ενεργειακής απόδοσης, καθώς και την εξομάλυνση παρεμβολών.
Ωστόσο, τα συστήματα ΜΙΜΟ εισάγουν και μια σειρά από προκλήσεις που χρήζουν αντιμετώπισης, όπως η παρεμβολή λόγω μη-ορθογωνιότητας των ακολουθιών εκπαίδευσης (pilot contamination), η υψηλή πολυπλοκότητα της επεξεργασίας σήματος (πολλαπλά κεραιοστοιχεία, πολλαπλοί χρήστες/συνδρομητές) σε hardware και υπολογιστικό επίπεδο, η ευαισθησία ευθυγράμμισης δέσμης, καθώς και η περαιτέρω διερεύνηση και χρήση Frequency Division Duplexing (FDD) αλγoρίθμων διόρθωσης για την επίτευξη αμοιβαιότητας καναλιού (channel reciprocity). Σημειώνεται, επίσης, ότι εξίσου σημαντική είναι και η ανάγκη εξομάλυνσης της αμοιβαίας σύζευξης των κεραιοστοιχείων, καθώς και της έκθεσης του ανθρώπου στις Η/Μ ακτινοβολίες αυτών των κεραιών.
Λαμβάνοντας υπόψην το τελευταίο, η διπλωματική αυτή εργασία βασίζεται σε τρεις πυλώνες. Ο πρώτος αφορά στη μελέτη, σχεδίαση και βελτίωση της απομόνωσης των κεραιοστοιχείων στο τερματικό του χρήστη/συνδρομητή, όπου το φαινόμενο της αμοιβαίας σύζευξης των στοιχείων καθίσταται εντονότερο. Ο περιορισμός διαθέσιμου χώρου και το πολύ χαμηλό προφίλ των σύγχρονων κινητών συσκευών δεν αφήνει περιθώρια να αναπτυχθούν κεραιοστοιχεία μεγάλης κλίμακας με ικανοποιητική χωρική απομόνωση. Η σχεδίαση ομοιώματος, αντιπροσωπευτικού του ανθρωπίνου σώματος, αποτελεί τον δεύτερο πυλώνα της διπλωματικής. Ο τρίτος και κυριότερος πυλώνας αφορά στη βελτίωση των επιπέδων έκθεσης του χρήστη σε Η/Μ ακτινοβολίες της συσκευής.
Η διπλωματική εργασία είναι οργανωμένη σε δύο ενότητες, οι οποίες θα εκτελούνται παράλληλα:
- Η μια ενότητα περιλαμβάνει τη μελέτη ανθρώπινων ομοιωμάτων και την κατηγοριοποίησή τους, με σκοπό τον προσδιορισμό των ιδανικών χαρακτηριστικών του ομοιώματος που θα αξιοποιηθεί στην διπλωματική. Στη συνέχεια, θα σχεδιαστεί επαρκές πλήθος ομοιωμάτων, των οποίων η καταλληλότητα και η επίδοση θα επιβεβαιωθούν με τη βοήθεια συμβατικής φορετής κεραίας αναφοράς. Η εν λόγω κεραία θα σχεδιαστεί αποκλειστικά και μόνον για την ανάδειξη του ανθρώπινου ομοιώματος.
- Στην άλλη ενότητα, θα μοντελοποιηθεί κεραία πολλαπλών θυρών σε mmWave συχνότητες και θα αξιολογηθεί η συμπεριφορά της. Στη συνέχεια, αφού μελετηθούν οι τεχνικές μείωσης της αμοιβαίας σύζευξης των κεραιοστοιχείων, θα επιλεγεί η καταλληλότερη και, αφού ενσωματωθεί στην υφιστάμενη κεραία, θα εκτιμηθεί η επίδρασή της στη συνολική επίδοση του συστήματος, με τη βοήθεια του ομοιώματος της προηγούμενης ενότητας. Η κεραία, τέλος, θα επικαιροποιηθεί και με δομές οι οποίες θα βελτιώνουν περαιτέρω την απομόνωση των θυρών και θα εξομαλύνουν την Η/Μ ακτινοβολία προς την πλευρά του χρήστη.
Η εργασία θα ολοκληρωθεί με τη συνολική αποτίμηση των αποτελεσμάτων που θα προκύψουν από συγκεκριμένο περιβάλλον προσομοίωσης.
Απαραίτητες γνώσεις: Βασικές γνώσεις κεραιών.
Επιθυμητές γνώσεις: HFSS, Open EMS (open source).