Στην παρούσα διπλωματική εργασία παρουσιάζεται η υλοποίηση του συγχρονισμού ενός δορυφορικού δέκτη τεχνολογίας DVB-S2 με χρήση προϊόντων από την βιβλιοθήκη Xilinx του Simulink της Matllab. Αρχικά εξετάσαμε τη γενική συμπεριφορά ενός δέκτη και στη συνέχεια κατανοώντας τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά της τεχνολογίας DVB-S2, πραγματοποιήσαμε θεωρητική μελέτη του κυκλώματος που θα υλοποιήσουμε. Σαν επέκταση της παραπάνω μελέτης εξηγήσαμε δίνοντας παραδείγματα, για ποιους λόγους σε κάθε σημείο του συγχρονιστή επελέχθη το εκάστοτε υλισμικό-λογισμικό, από θεωρητικής άποψης. Έπειτα μας δόθηκε ένα μοντέλο, το οποίο ήταν υλοποιημένο με προϊόντα από την γενική βιβλιοθήκη (Simulink) της Matllab· στη συνέχεια δημιουργήσαμε ύστερα από διεξοδικά πειράματα και συγκρίσεις ένα μοντέλο, υλοποιημένο με προϊόντα από τη βιβλιοθήκη Xilinx του Simulink της Matllab, με συμπεριφορά ίδια με αυτή του μοντέλου που μας δόθηκε. Τέλος, παρουσιάσαμε μέσω γραφικών παραστάσεων και γραφημάτων τόσο τη σύγκριση της συμπεριφοράς των δυο μοντέλων, όσο και τη λειτουργία και τις ιδιαιτερότητες αυτού καθ’ εαυτού του μοντέλου που δημιουργήσαμε. / In this diplomatic work we present the concretization of timing of satellite receptor of technology DVB-S2 with use of products from the library Xilinx of Simulink of Matlab. Initially we examined the general behavior of receptor and afterwards comprehending the particular characteristics of technology DVB-S2, we realized theoretical study of circuit that we will materialize. As extension of previous study we explained giving examples, for what reasons we chose each hardware-software, from theoretical point of view. Then we were given a model, which was materialized with products from the general library (Simulink) of Matllab; afterwards we created after extensive experiments and comparisons, a model, materialized with products from the library Xilinx of Matllab Simulink, with behavior precisely same with that of model that was given to us. Finally, we presented via graphic representations and illustrations both the comparison of behavior of two models, and the operation and the particularities each one of the models we created.

Στην παρούσα διπλωματική εργασία εξετάζονται τεχνικές μετάδοσης σε ασύρματα συστήματα επικοινωνιών και μελετάται η επίδοσή τους με χρήση προσομοιώσεων. Κύριος στόχος είναι η παρουσίαση και η μελέτη τεχνικών ποικιλότητας, που χρησιμοποιούνται στα ασύρματα συστήματα επικοινωνιών, ώστε να αντιμετωπιστούν οι διαλείψεις του καναλιού και να βελτιωθεί η αξιοπιστία της επικοινωνίας. Αρχικά, εισάγεται το μοντέλο του ασύρματου καναλιού ως ένα σύστημα και εξετάζεται το φαινόμενο των διαλείψεων που επηρεάζει τη διάδοση του σήματος. Παρουσιάζονται, επίσης, πιθανοτικά μοντέλα του ασύρματου καναλιού, τα οποία χρησιμοποιούνται για την πρόβλεψη της συμπεριφοράς του καναλιού και για τη σχεδίαση ασύρματων συστημάτων. Στη συνέχεια, παρουσιάζονται συνοπτικά διάφορες τεχνικές διαμόρφωσης και μελετάται, μέσω προσομοιώσεων, η απόδοση ασύρματων συστημάτων που χρησιμοποιούν μία κεραία σε πομπό και δέκτη (SISO) για μετάδοση μέσω καναλιού Λευκού Προσθετικού Γκαουσιανού Θορύβου (AWGN) και μέσω καναλιού Rayleigh επίπεδων διαλείψεων. Ακολουθεί η παρουσίαση και η μελέτη τεχνικών ποικιλότητας (diversity), που εφαρμόζονται είτε στον πομπό συστημάτων με πολλές κεραίες στον πομπό και μία κεραία στο δέκτη (MISO) είτε στο δέκτη συστημάτων με μία κεραία στον πομπό και πολλές κεραίες στο δέκτη (SIMO) και έχουν ως στόχο τη βελτίωση της επίδοσης των συστημάτων σε περιβάλλοντα διαλείψεων. Συγκεκριμένα, μελετώνται οι τεχνικές Maximal Ratio Combining (MRC) και selective combining για χρήση σε δέκτες συστημάτων SIMO, καθώς και η τεχνική Maximal Ratio Transmission (MRT) και ο χωροχρονικός κώδικας Alamouti για χρήση σε πομπούς συστημάτων MISO. H εργασία ολοκληρώνεται με τη σύγκριση των τεχνικών ως προς το κέρδος ισχύος (power gain) και το κέρδος ποικιλότητας (diversity gain) που επιτυγχάνουν. / The topic of this thesis is the study of transmission techniques for wireless communication systems and the evaluation of their performance using simulations. The main goal is to present and study diversity techniques, which are employed in wireless communications systems in order to address the effects of channel fading and improve the reliability of communication. First, the system model of the wireless channel is introduced, and the impact on the fading effect on the propagation of the signals is examined. Moreover, probabilistic models are presented for the wireless channel, which are used for the prediction of the behavior of the channel and for the design of wireless communication systems. Then modulation techniques are presented and their performance is evaluated for wireless systems that employ one antenna at both the transmitter and the receiver (SISO) and transmit over the Additive White Gaussian Noise (AWGN) channel and the flat-fading Rayleigh channel. The study of SISO systems is followed by the presentation of diversity techniques that are used either at the transmitter of systems with many antennas at the transmitter and one antenna at the receiver (MISO) or at the receiver of systems with a single antenna at the transmitter and many antennas at the receiver (SIMO). Diversity techniques aim at improving the performance of wireless systems in fading environments. More precisely, the Maximal Ratio Combining (MRC) and the Selective Combining technique are studied for use at receivers of SIMO systems, whereas the Maximal Ratio Transmission (MRT) technique and the Alamouti space-time code are considered for transmitters of MISO systems. The thesis concludes with a comparison of the power gain and the diversity gain that is achieved by the diversity techniques.

Τα πλεονεκτήματα που προκύπτουν από τη χρησιμοποίηση πολλαπλών κεραιών εκπομπής και πολλαπλών κεραιών λήψης (Multiple Input Multiple Output, MIMO) στις τηλεπικοινωνίες προκάλεσαν εκτεταμένο ενδιαφέρον μελέτης από την επιστημονική κοινότητα και υιοθετήθηκαν σε πολλές εφαρμογές της καθημερινής μας ζωής. Στο Κεφάλαιο 2 περιγράφονται με συντομία τα πλεονεκτήματα της τεχνολογία MIMO και πώς μπορεί να βελτιώσει τη ποιότητα επικοινωνίας. Όπως σε κάθε τεχνολογία υπάρχουν και οι αντίστοιχοι περιορισμοί που δημιουργούνται λόγω διαφόρων φαινομένων μετάδοσης των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων όπως διαλείψεις (fading), σκίαση (shadowing) και απώλειες διαδρομής (path loss). Τα φαινόμενα αυτά είναι απαραίτητο να μελετηθούν προκειμένου να αναπτυχθούν καλύτεροι αλγόριθμοι επικοινωνίας πομπού και δέκτη βελτιώνοντας τη ποιότητα επικοινωνίας. Για τη μελέτη αυτών των φαινομένων είναι απαραίτητη η ανάπτυξη διάταξης πομπού - δέκτη (test-bed) που υιοθετεί τη τεχνολογία MIMO και επιτρέπει τη περεταίρω μελέτη του συστήματος. Στο Κεφάλαιο 3 αναφέρονται τα βασικά χαρακτηριστικά της σχεδίασης ενός ασύρματου συστήματος. Αναλύεται η δημιουργία των προδιαγραφών βάσει των απαιτήσεων της εφαρμογής και η επιλογή των χαρακτηριστικών στο πομπό και στο δέκτη. Επιπλέον γίνεται εκτεταμένη αναφορά στους περιορισμούς και στα προβλήματα που δημιουργούνται σε αναλογικά συστήματα πομπών – δεκτών και τρόποι αύξησης της απόδοσής τους. Στο Κεφάλαιο 4 περιγράφεται το υλοποιημένο ενσύρματο σύστημα τεχνολογίας ΜΙΜΟ και οι τροποποιήσεις που έγιναν για την ενσωμάτωση του ασύρματου RF υποσυστήματος. Στη συνέχεια αναλύεται η αρχική μελέτη του RF υποσυστήματος και τα αναμενόμενα χαρακτηριστικά του με τη βοήθεια προσομοιώσεων (simulations). Τέλος παρατίθεται η τελική συσκευή που αναπτύχθηκε, τα θέματα που παρουσιάστηκαν κατά τη διάρκεια κατασκευής τους αλλά και τρόποι αντιμετώπισής τους και παραδοχές που έγιναν. Το Κεφάλαιο 5 αναφέρεται στις μετρήσεις που έγιναν σε πραγματικές συνθήκες. Οι μετρήσεις αφορούν αξιολόγηση των αναλογικών συσκευών πομπού – δέκτη ξεχωριστά αλλά και όλο το σύστημα μαζί. Το Κεφάλαιο 6 κάνει αναφορά στο τελικό χαμηλοπερατό ενεργό φίλτρο που αναπτύχτηκε για τη συγκεκριμένη εφαρμογή ενώ το Κεφάλαιο 7 περιγράφει το σχεδιασμό ενός αποκλειστικού, ειδικά σχεδιασμένου, τροφοδοτικού για τις ανάγκες τροφοδοσίας των συσκευών. / The benefits arising from the use of multiple transmitter antennas and multiple receiver antennas (Multiple Input Multiple Output, MIMO) in the field of telecommunications caused extensive interest and became subject of study by the scientific community and adopted in many applications in our daily life. Chapter 2 describes briefly the advantages of MIMO technology and how it can improve the quality of communication. As with any technology there are restrictions caused by various transmission phenomena of electromagnetic waves such as fading, shadowing and path loss. These phenomena need to be studied in order better algorithms can be developped and improve communication quality. A transmitter – receiver set up which adopts MIMO technology (test-bed) is necessary in order to study these phenomena and enable further research in the system. In chapter 3 the basic design concepts of a wireless system are presented. Thorough analysis has been made in many issues such as the creation of specifications based on application requirements, the selection of features in the transmitter and receiver, the limitations and problems arising in analog systems and ways to increase their performance. Chapter 4 describes the implemented wired MIMO system, the changes made to integrate the wireless RF subsystem, the initial study of the RF subsystem and the expected characteristics according the simulations. Finally the device developped is presented along with the issues encountered during construction and the solutions found to resolve them. Chapter 5 refers to measurements made in the field (indoor conditions). The evaluation of the analog devices transmitter and receiver has been done both separately and the whole system. Chapter 6 refers to the final low pass active filter that was developed for the specific application while Chapter 7 describes the design of a unique, specially designed, power supply for the power needs of the devices.