cooperation in mobile communications and research'' lecture by dr. diomidis michalopoulos

Συνεργασίες στις Κινητές Επικοινωνίες και την Έρευνα

Διομήδης ΜιχαλόπουλοςΔρ. Ηλεκτρολόγος Μηχανικός Κ Μηχανικός Υπολογιστών, Α.Π.Θ.

Θεσσαλονίκη, 14 Απριλίου 2011

1

Τηλεπικοινωνίες - Εισαγωγή

• Μετάδοση πληροφορίας από πομπό σε δέκτη

• Ασύρματες τηλεπικοινωνίες

• Σήμα υπόκειται σε θόρυβο και εξασθένηση από το μέσο μετάδοσης (κανάλι)

• Θόρυβος κι εξασθένηση: Τυχαία (στοχαστικά) φαινόμενα

Τηλεπικοινωνίες- Εισαγωγή

Συνεργατικές Κινητές

Επικοινωνίες

Κύρια Πλεονεκτήματα

Τεχνικά Χαρακτηριστικά

Επιλογή Συνεργάτη σε

Πρακτικές Συνθήκες

Η Συνεργασία στην Έρευνα

2

Τηλεπικοινωνίες - Εισαγωγή

• Ψηφιακές τηλεπικοινωνίες

• Αποτύπωση δυαδικής πληροφορίας σε ηλεκτρική τάση προσυμφωνία πομπού-δέκτη

• Κύρια μέτρα επίδοσης: α) Πιθανότητα σφάλματος ανίχνευσης δυφίου (bit)β) Ρυθμός μετάδοσης πληροφορίας (bit/sec)

• Στόχος έρευνας: Βελτίωση των παραπάνω μέτρων (φυσικό επίπεδο - μετάδοση)

3









Κινητές (Ψηφιακές) Τηλεπικοινωνίες

4

• Συμβατικές κινητές τηλεπικοινωνίες:Απευθείας επικοινωνία πηγής/προορισμού

• Συνεργατικές κινητές τηλεπικοινωνίες:Χρήση ασύρματης αναμετάδοσης









• Πομπός ή/και δέκτης κινητά τερματικά

Τύποι Αναμεταδοτών

5

• Σταθεροί αναμεταδότες δικτύου

• Κινητοί σταθμοί αναμετάδοσης









συνεργασία χρηστών

Σταθεροί Αναμεταδότες Δικτύου

6

• Πρόδρομος συνεργατικών τηλεπικοινωνιών

• Αυξημένη κάλυψη

• Κόστος αναμεταδοτών πολύ μικρότερο των σταθμών βάσης









Συνεργασία Χρηστών Δικτύου

7

• Καινοτόμα προσέγγιση χρηστών Συνεισφορά στο δίκτυο

• «Κοινό ταμείο» πόρων δικτύου

• Μεγάλο πλήθος χρηστών:

Μειονέκτημα Πλεονέκτημα

Συνεργασία









Συνεργατικές Κινητές Επικοινωνίες

8

Χρήστες αποτελούν μέλη μιας «αλληλοβοηθούμενης» κοινότητας

Αμοιβαία συνεργασία/συνεισφορά χρηστών










9

Ομοιότητες με κοινότητες ζωντανών οργανισμών










10

• Πλεονεκτήματα πηγάζουν από

1. Δυνατότητα επιλογής «συνεργάτη»

2. Λήψη σήματος μέσω πολλαπλών διαδρομών









Πλεονέκτημα Επιλογής Αναμεταδότη

11

Εισαγωγή: Διαλείψεις σκίασης (shadowing)

• Εμπόδια μεταξύ χρήστη-σταθμού βάσης υποβαθμίζουν επικοινωνία

• Σε τέτοια περίπτωση, ενεργειακά μη αποδοτική επικοινωνία, αν όχι ανέφικτη









Πλεονέκτημα Επιλογής Αναμεταδότη

12

• Εκμετάλλευση της τυχαιότητας της θέσης των χρηστών στο χώρο

• Παράκαμψη εμποδίων Καταπολέμηση σκίασης









Επιλογή Αναμεταδότη

13

• Ενεργοποίηση προϋποθέτει ικανοποίηση συνθηκών

• Ολοκληρωμένη μελέτη: Διαεπιπεδιακή









Πλεονέκτημα Πολλαπλής Λήψης

14

• Αστικό περιβάλλον: Πολυδιόδευση

• Έντονες διακυμάνσεις λαμβανόμενου σήματος Υποβάθμιση ποιότητας

Εισαγωγή: Φαινόμενο διαλείψεων

Λαμβ. Σήμα / χρόνος










15

• Καταπολέμηση μέσω διαφορισμού (diversity)

Διαλείψεις

Διαφορισμός: Λήψη πολλάπλών αντιγράφων σήματος μέσω ανεξάρτητων διαδρομών










16

• Τάξη διαφορισμού (diversity order):

• Εκφράζει το πλήθος των ανεξάρτητων αντιγράφων σήματος

• Αποτυπώνεται στην κλίση της καμπύλης πιθανότητας σφάλματος

Μέτρο διαφορισμού










17

• Απώτερα οφέλη διαφορισμού:

A. Βελτίωση ποιότητας επικοινωνίας για δεδομένη ισχύ εκπομπής

B. Μείωση εκπεμπόμενης ισχύος για δεδομένη ποιότητα επικοινωνίας









Διαφορισμός Συνεργασίας Χρηστών

18

• Επέκταση της ιδέας λήψης μέσω πολλαπλών κεραιών

• Απομακρυσμένες μεταξύ τους διαδρομές

• Εξασφάλιση ανεξαρτησίας διαδρομών, ακόμη και με χρήση μιας κεραίας ανα τερματικό









Συνεργατικές Επικοινωνίες

19

Ταυτόχρονη καταπολέμηση σκίασης / διαλείψεων μικρής κλίμακας

Κάλυψη «νεκρών» σημείων

Ραγδαία βελτίωση επιδόσεων / μείωση ενέργειας









Παραλλαγές Συνεργατικών Επικοινωνιών

20

Ενεργοποίηση πολλαπλών συνεργατών ανα μετάδοση

Ενεργοποίηση ενός συνεργάτη ανα μετάδοση

A. Συνεχής εκτίμηση κι ενεργοποίηση του βέλτιστου ως προς τις επιδόσεις

Β. Αλλαγή συνεργάτη μόνο όταν δεν προσφέρει

ικανοποιητικά

Γ. Επιλογή συνεργάτη με βάση κριτήρια «δικαιοσύνης»

Δ. .....









Τεχνικές Επιδόσεις

21

Σύγκριση συστημάτων Α και Β

ως προς

Πιθανότητα σφάλματος ανίχνευσης

Σύστημα Α

Σύστημα Β

Χωρίς συνεργασία Σύστημα Α: Συνεχής εκτίμηση κι επιλογή καλύτερου συνεργάτη

Σύστημα Β: Αλλαγή συνεργάτη μόνο όταν δεν προσφέρει ικανοποιητικά










22

Σύστημα Α: Συνεχής εκτίμηση κι επιλογή καλύτερου συνεργάτη

Σύστημα Γ: Επιλογή συνεργάτη με βάση κριτήρια «δικαιοσύνης»

L: Πλήθος εν δυνάμει συνεργατών

Σύγκριση συστημάτων Α και Γ

ως προς

Πιθανότητα σφάλματος ανίχνευσης

Σύστημα Α

Σύστημα Γ

Χωρίς συνεργασία










23

Σύστημα Α: Συνεχής εκτίμηση κι επιλογή καλύτερου συνεργάτη

Σύστημα Β: Αλλαγή συνεργάτη μόνο όταν δεν προσφέρει ικανοποιητικά

Σύστημα

Α

Σύστημα Β

Σύγκριση συστημάτων Α και Β

ως προς

Ρυθμό αλλαγής συνεργάτη









Συκριτική Αποτίμηση

24

Βέλτιστη επίδοση: Συνεχής (εκτίμηση) παρακολούθηση διαθέσιμων συνεργατών, επιλογή ισχυροτέρου

Υποβέλτιστα συστήματα προσφέρουν:

Απλούστερη υλοποίηση

Δίκαιη διαχείρηση ενέργειας χρηστών

Κόστος σε πιθανότητα σφάλματος, όχι όμως σε τάξη διαφορισμού

Τάξη διαφορισμού: Πλήθος διαθέσιμων συνεργατών + 1









Επιλογή Συνεργάτη υπό Πρακτικές Συνθήκες

25

Προορισμός

Α1

Α3

Α4

Ε

Ε

Α2

Πηγή

Επιλογή ισχυρότερου καναλιού, βάσει εκτίμησης

Εκτιμώμενο κανάλι

ĥ

Συντελεστής

συσχέτισης

Πραγματικό κανάλι

h

ĥ1 h1

ĥ2 h2

ĥ3 h3

ĥ4 h4

ρ Στη γενική περίπτωση, ĥ≠ h










26

Επιλέγεται ο συενργάτης με το υψηλότερο ĥ

Ιδανική επιλογή συνεργάτη

Υποβέλτιστη επιλογή

Τυχαία επιλογή

ρ < 1: Υποβαθμίζονται τα πλεονεκτήματα επιλογής συνεργάτη / διαφορισμού

ρ









Εκτιμώμενο κανάλι

ĥ

Συντελεστής

συσχέτισης

Πραγματικό κανάλι

h

ĥ1 h1

ĥ2 h2

ĥ3 h3

ĥ4 h4


27

Προορισμός

Α1

Α3

Α4

Ε

Ε

Α2

Πηγή

Μη ιδανική εκτίμηση καναλιών

Αίτια:

Θόρυβος στη διαδικασία εκτίμησης

Χρονο-μεταβλητή φύση καναλιών










28

1. Αν το σφάλμα εκτίμησης οφείλεται στο χρονο-μεταβλητό κανάλι

Η ευστοχία της επιλογής συνεργάτη καθορίζεται από το ρυθμό μεταβολής του καναλιού, σε σχέση με τον ρυθμό ανανέωσης της εκτίμησης

Συντελεστής ρ: Συνάρτηση αυτοσυσχέτισης, ρ=J0(2π fdT)

ρ ανεξάρτητο της σηματοθορυβικής σχέσης










29

2. Αν το σφάλμα εκτίμησης προέρχεται από θόρυβο στη διαδικασία εκτίμησης

ρ εξαρτάται από τη σηματοθορυβική σχέση:

Συσχέτιση εκτιμώμενου – πραγματικού καναλιού:

όπου a, b θετικές σταθερές










30

Σταδιακή απώλεια διαφορισμού

καθώς μικραίνει το a

Tάξη διαφορισμού:

Ολική απώλεια διαφορισμούακόμη και για ρ=0.95

Tάξη διαφορισμού:

1. Σφάλμα εκτίμησης οφείλεται στο χρονο-μεταβλητό κανάλι

2. Σφάλμα εκτίμησης οφείλεται στο θόρυβο στη διαδικασία εκτίμησης









Σύνοψη

31

Συνεχής αύξηση χρηστών/υπηρεσιών: Αλλαγές στον τρόπο δόμησης δικτύων μελλοντικής γεννιάς

Κάθε χρήστης συνεισφέρει στο δίκτυο / αλληλοβοηθούμενη κοινότητα

Εξασφάλιση νέων πόρων μέσω συνεργασίας

Πλεονεκτήματα / πόροι προέρχονται από

Δυνατότητα επιλογής συνεργάτη

Μετάδοση σήματος από πολλαπλές διαδρομές

Βελτιωση ποιότητας επικοινωνίας / χαμηλότερη ενέργεια









Τέλος Α΄ μέρους










Οφέλη συνεργασίας:

Συμπληρωματικοί τομείς εξειδείκευσης εμπλεκόμενων μελών

Άμεση ωφέλεια

Επαφή με διαφορετικές μεθόδους προσέγγισης

Έμμεση / μακροπρόθεσμη ωφέλεια συνεργατών, συνάδει με την ευρεία έννοια διαφορισμού

Ερέθισμα για μελλοντική έρευνα

Εξωστρέφεια στην έρευνα: Πολύπλευρη η σημασία της

Συζητήσεις...

cooperation in mobile communications and research'' lecture by dr. diomidis michalopoulos

Education