Σκοπός της παρούσης διπλωματικής εργασίας είναι η προσομοίωση των λειτουργικών χαρακτηριστικών του ασύρματου δικτύου ΙΕΕΕ 802.16. Στο 1ο κεφάλαιο επιχειρείται μια εισαγωγή στην ασύρματη πρόσβαση ευρείας ζώνης. Στο 2ο κεφάλαιο γίνεται περιληπτική αναφορά στην εξέλιξη του WiFi, τον τρόπο λειτουργίας του και τη σημασία του ως πρόγονος του WiMAX. Στο 3ο κεφάλαιο γίνεται εισαγωγή στο WiMAX, τα διάφορα υποπρότυπα που κυκλοφορούν, τις τεχνολογίες που χρησιμοποιούν και σύγκριση με άλλες υπάρχουσες ασύρματες τεχνολογίες. Στο 4ο κεφάλαιο γίνεται σε βάθος εξερεύνηση του φυσικού στρώματος του WiMAX. Στο 5ο κεφάλαιο μελετούμε το στρώμα πρόσβασης μέσου του προτύπου. Στο 6ο κεφάλαιο αναλύουμε την αρχιτεκτονική του δικτύου WiMAX. Για το πρακτικό μέρος της διπλωματικής στο 7ο κεφάλαιο έγινε προσομοίωση του φυσικού στρώματος ενός ασύρματου ευρυζωνικού πομποδέκτη του υποπροτύπου IEEE 802.16-2004, με χρήση κεραιών ΜΙΜΟ, για σταθερή (fixed) πρόσβαση. Στο 8ο κεφάλαιο βρίσκονται τα συμπεράσματα από τις προσομοιώσεις. / --

Στα δίκτυα κινητής τηλεφωνίας τρίτης γενιάς, όπου η απαίτηση για την επέκταση της χωρητικότητας του συστήματος αυξάνεται με τον αριθμό των χρηστών καθώς και με την ποσότητα της πληροφορίας που απαιτείται για ένα δεδομένο εξυπηρετητή, η απαίτηση για επέκταση του εύρους ζώνης είναι υψίστης σημασίας. Παρόλα αυτά, τα προβλήματα της συμφόρησης είναι συχνά αναπόφευκτα, ιδιαίτερα στα ασύρματα κανάλια, όπου η χωρητικότητα είναι πιο σπάνια, αλλά και στα αστικά κέντρα όπου το συνδρομητικό φορτίο είναι ιδιαίτερα ψηλό. Στις μέρες μας, η αυξανόμενη πυκνότητα χρηστών, αλλά και οι τεχνολογίες επείγουσας κατανάλωσης εύρους ζώνης δημιουργούν μια ακόμη μεγαλύτερη ανισορροπία. Καθώς όμως το εύρος ζώνης παραμένει σπάνιο και σταθερό, νέες μέθοδοι θα πρέπει να ευρεθούν για την αντιμετώπιση των προβλημάτων συμφόρησης. Μια από αυτές είναι η κυψελοειδής διάσπαση, μια μέθοδος η οποία επιτρέπει τη δημιουργία μικρότερων κυψελών. Έτσι ο ίδιος αριθμός καναλιών χρησιμοποιείται για μικρότερη περιοχή, ενώ για την ίδια πιθανότητα συμφόρησης περισσότεροι χρήστες μπορούν να ανατεθούν στην κυψέλη. / -

Σε αυτή την εργασία πρώτα από όλα αναλύουμε τις βασικές έννοιες και αρχές μιας κυψελοειδούς σχεδίασης, καθώς και σημαντικές λειτουργίες που εκτελούνται σε ένα κυψελωτό σύστημα. Επίσης παρουσιάζουμε βασικές αρχές της μοντελοποίησης ενός ασύρματου καναλιού. Δίνουμε μεγάλη έμφαση σε όλα τα παραπάνω ,για να μπορέσει ο αναγνώστης να κατανοήσει τη λογική με την οποία στη συνέχεια κατασκευάζουμε τους αλγόριθμους που βοηθάνε στον κυψελοειδή σχεδιασμό ψηφιακών ασύρματων κέντρων δεύτερης και τρίτης γενιάς. Αφού αναλύσουμε τον τρόπο υλοποίησης των αλγορίθμων, στη συνέχεια τους χρησιμοποιούμε για τον κυψελοειδή σχεδιασμό του δήμου Πατρέων χρησιμοποιώντας την τεχνολογία gsm για να κατανοήσουμε καλύτερα τη λειτουργία τους. Στην ουσία δηλαδή αφού έχουμε κατασκευάσει τους αλγόριθμούς μας, οι οποίοι μπορούν αναλόγως των παραμέτρων που θα τους βάλουμε να χρησιμοποιηθούν για δίκτυα δεύτερης και τρίτης γενιάς, τους βάζουμε τις παραμέτρους του gsm και εκτελούμε μία προσομοίωση για την περιοχή του δήμου Πατρέων. Για να μπορέσουμε να κατανοήσουμε τις παραμέτρους του gsm αφιερώνουμε μία ενότητα στην περιγραφή της αρχιτεκτονικής του. Συνεπώς στο τέλος της εργασίας ο αναγνώστης είναι σε θέση να κατανοήσει πλήρως την διαδικασία που πρέπει κάποιος να εξακολουθήσει για να υλοποιήσει μια κυψελοειδής σχεδίαση σε οποιαδήποτε γεωγραφική περιοχή, χρησιμοποιώντας οποιαδήποτε τεχνολογία 2ης και 3ης γενιάς με τη βοήθεια των αλγορίθμων που κατασκευάσαμε. / -

Η μεταφορά και διάδοση πληροφορίας με ασύρματο τρόπο είναι ένα επιστημονικό πεδίο που τις τελευταίες δεκαετίες γνωρίζει ιδιαίτερη άνθιση, καθώς μας απαλλάσσει από τις πολλές περιττές καλωδιώσεις των ενσύρματων δικτύων και δίνει τη δυνατότητα ευρείας κάλυψης χρηστών, που μπορούν κατά τη διάρκεια της μεταφοράς πληροφορίας να κινούνται. Συγκεκριμένα, ο κλάδος των κινητών τηλεπικοινωνιών, εξετάζει την επικοινωνία χρηστών μεταξύ τους με ασύρματο τρόπο, μέσω συσκευών κινητής τηλεφωνίας (ME-mobile equipment) οι οποίες δεν είναι παρά μικρές κεραίες ενσωματωμένες σε συσκευές με μνήμη και λογισμικό. Η μελέτη και η συνεχής βελτιστοποίηση των συστημάτων κινητών επικοινωνιών,αποτελεί το μεγάλο και διαρκές στοίχημα των τηλεπικοινωνιακών μηχανικών. Η ανάπτυξη όλο και αποδοτικότερων συστημάτων είναι αναγκαία, έτσι ώστε να μπορούμε να εκμεταλλευτούμε κατά το δυνατόν καλύτερα το περιορισμένο διαθέσιμο φάσμα, ελαχιστοποιώντας τις παρεμβολές, βελτιστοποιώντας την ποιότητα παροχής υπηρεσιών, με παράλληλη αύξηση του αριθμού των εξυπηρετούμενων χρηστών, με απώτερο σκοπό να καταλήξουμε σε ένα βέλτιστο μοντέλο σχεδίασης. Η παρούσα διπλωματική εξετάζει τις παραμέτρους οι οποίες λαμβάνονται υπόψιν στη σχεδίαση ενός συστήματος κινητών επικοινωνιών, τα μοντέλα που χρησιμοποιούνται για την εκτίμηση των απωλειών λόγω των ιδιαιτεροτήτων της περιοχής διάδοσης και της ύπαρξης ραδιοσκιάς και διαλείψεων και επιχειρεί να εφαρμόσει ένα απλοποιημένο μοντέλο ραδιοκάλυψης στην ηπειρωτική περιοχή της περιφέρειας Αττικής. / During the last decades, wireless propagation and transmission of data, is a scientific field which grows up rapidly, due to several major advantages of wireless telecommunications, such as the lack of wired connections and the opportunity to provide telecommunication services to users who are not static. Specifically, the field of mobile telecommunications, examines communication between users who are possibly moving, through mobile equipment which consists of an antenna, software and memory. The continuous optimization of mobile telecommunication's systems is an enduring bet for telecommunication engineers. The development of increasingly efficient systems is needed so that we can exploit in the best way our limited available spectrum, while at the same time we are trying to fulfill three other major targets: minimize interference, optimize quality of service, increase the number of served users, with a view to arrive at an optimal design model. This thesis examines the structure of a mobile telecommunication's system, the factors taken into account in the design of a mobile system and the models used to estimate losses due to the peculiarities of the region, the existence of shadowing and multipath fading. Having mentioned the whole methodology behind cell planning and the way that a mobile system is structured, we are finally applying a simplified model of radio coverage in the area of Attica.

Ο στόχος αυτής της διπλωματικής ήταν να μελετηθεί και να κατανοηθεί ο τρόπος λειτουργίας των WCDMA ασύρματων δικτύων καθώς και να υπολογιστεί η χωρητικότητα μιας κυψέλης κινητής τηλεφωνίας 3ης γενιάς. Αυτό επιτυγχάνεται μέσω του υπολογισμού των πιθανοτήτων απώλειας κλήσεων (CBP), στην κατερχόμενη ζεύξη (downlink). Δηλαδή στην περίπτωση που το σήμα αποστέλλεται από το σταθμό βάσης στον συνδρομητή. Ο υπολογισμός των πιθανοτήτων απώλειας κλήσεων είναι απαραίτητος στα WCDMA δίκτυα για τον σωστό υπολογισμό της χωρητικότητας (σε erlang) και του network dimensioning. Το αναλυτικό μοντέλο που χρησιμοποιούμαι λαμβάνει υπ’ όψιν του τα εξής: multi-service περιβάλλον, soft blocking, imperfect power control καθώς και την πολυόδευση. Τα αποτελέσματα του αναλυτικού μοντέλου συγκρίνονται μέσω προσομοίωσης και είναι αρκετά ικανοποιητικά. Τέλος εξετάζουμε και την επίδραση του orthogonality factor στην χωρητικότητα του δικτύου. / In WCDMA networks, the Call Blocking Probability (CBP) assessment is necessary for proper cell capacity determination, in respect of traffic load in erlangs, and network dimensioning. This paper focuses on the downlink capacity estimation, through CBP calculation in a WCDMA cell. To this end, we construct an analytical model for the WCDMA cell by taking into consideration the effects of the following: the multi-service environment, soft blocking, imperfect power control and multipath propagation. To analyze the system, we describe the WCDMA cell by a Markov chain, where each system state represents a certain number of resources occupied by the mobile users. We solve the Markov state and provide an efficient recurrent formula for the system occupancy distribution, as well as the so-called local blocking probabilities. Based on them, we calculate the CBP of different service-classes accommodated in the cell versus the total offered traffic load. The WCDMA cell capacity in erlangs is determined by the maximum traffic load which satisfies certain CBP (CBP boundary) per service-class. We evaluate the analytical model through simulation. The results show that the accuracy of the model is very satisfactory. In addition, we show the effect of the intra-cell interference (due to orthogonality factor) on the erlang capacity of the cell.

Η ΕΕΕ αποτελείται από τέσσερα κεφάλαια και δύο παραρτήματα, ενώ για την καλύτερη κατανόηση και εξοικείωση του αναγνώστη με τις έννοιες και όρους που χρησιμοποιούνται στη βιομηχανία των κινητών επικοινωνιών παρατίθεται ένα σχετικό γλωσσάριο στο τέλος του κειμένου. Το πρώτο κεφάλαιο έχει τίτλο “εισαγωγή στα κυψελωτά συστήματα κινητής τηλεφωνίας” και αποτελεί ουσιαστικά μια εισαγωγή στις βασικές αρχές της κινητής κιυψελωτής τηλεφωνίας. Η εισαγωγή αυτή είναι απαραίτητη προκειμένου να γίνει ομαλά η μετάβαση σε σύνθετες έννοιες που διέπουν την λειτουργία των συστημάτων κινητής τηλεφωνίας. Το δεύτερο κεφάλαιο έχει τον τίτλο “το κανάλι μετάδοσης στις κινητές ραδιοεπικοινωνίες” και αναφέρεται στις ιδιότητες και τα χαρακτηριστικά που λαμβάνουν χώρα κατά την ασύρματη μετάδοση της πληροφορίας. Οι ιδιότητες των ηλ/κων κυμάτων, και της ατμόσφαιρας που αποτελεί το μέσο μετάδοσης στις ασύρματες επικοινωνίες καθώς και η μορφολογία του περιβάλλοντος ραδιομετάδοσης είναι μερικές από τις παραμέτρους που διαδραματίζουν καθοριστικό ρόλο στην ποιότητα των κινητών επικοινωνιών και για τον λόγο αυτό μελετώνται και εν συνεχεία μοντελοποιούνται προκειμένου να επιτύχουμε την μεγαλύτερη δυνατή απόδοση των συστημάτων αυτών. Το τρίτο κεφάλαιο είναι αφιερωμένο αποκλειστικά στο παγκόσμιο σύστημα κινητής τηλεφωνίας G.S.M. Ως γνωστόν, το G.S.M είναι το πιο διαδεδομένο σύστημα κινητών επικοινωνιών και ως εκ τούτου μία εργασία που αναφέρεται σε συστήματα κινητής τηλεφωνίας έχει ως σημείο αναφοράς το G.S.M. Το τέταρτο και τελευταίο κεφάλαιο της ΕΕΕ αναφέρεται στο καθολικό σύστημα κινητών επικοινωνιών UMTS. Το UMTS είναι το σύστημα κινητών επικοινωνιών 3ης γενιάς, το οποίο ουσιαστικά έκανε πραγματικότητα την πάγια απαίτηση από την πλευρά των χρηστών – συνδρομητών για επικοινωνία “οπουδήποτε, οποτεδήποτε, οτιδήποτε”. Η εργασία κλείνει με δύο παραρτήματα. Το παράρτημα Α αποτελεί μία εισαγωγική περιγραφή στο σύστημα σηματοδοσίας Νο 7. Στις περισσότερες περιπτώσεις ο χρήστης κινητής τηλεφωνίας αγνοεί την ύπαρξη του δικτύου σηματοδοσίας το οποίο ουσιαστικά αλλά αφανώς και αθόρυβα «τρέχει» παράλληλα με το δίκτυο μετάδοσης πληροφοριών. Δίνεται λοιπόν η ευκαιρία μέσα από το παράρτημα αυτό να γίνει γνωστή η ύπαρξη του δικτύου σηματοδοσίας Νο 7 (SS#7), όπου περιγράφονται τα λειτουργικά χαρακτηριστικά του (διαστρωματωμένη αρχιτεκτονική, σημεία σηματοδοσίας κλπ.) ενώ γίνεται αναφορά στα είδη των μηνυμάτων σηματοδοσίας και στον τρόπο που ανταλλάσσονται τα μηνύματα αυτά μεταξύ των δομικών στοιχείων του δικτύου SS#7. Στο παράρτημα Β αναφέρονται κάποια βασικά στοιχεία από την «δημοφιλή» τεχνική κωδικοποίησης Linear Predictive Coding (LPC), η οποία στην Ελληνική αποδίδεται ως Γραμμική Προγνωστική Κωδικοποίηση. Η LPC είναι η τεχνική εκείνη που χρησιμοποιείται στο σύνολο σχεδόν των ψηφιακών συστημάτων επικοινωνίας, χάρη στις εγγενείς ιδιότητές της, και επομένως βρίσκει επίσης εφαρμογή και στο G.S.M, ως ένα κατεξοχήν ψηφιακό σύστημα κινητής τηλεφωνίας. Ωστόσο, η εφαρμογή της LPC δεν περιορίζεται μόνο στο G.S.M αλλά εκτείνεται μέχρι τα σημερινά συστήματα 3ης γενιάς. Τέλος, θα ήθελα να αναφέρω δύο λόγια για τις δυσκολίες που συνάντησα καθόλη την διάρκεια συγγραφής της εργασίας αυτής. Η ΕΕΕ, με την παρούσα μορφή, είναι το αποτέλεσμα μιας πολύμηνης προσπάθειας και συνεχούς μελέτης ενός ιδιαίτερα σύνθετου και πολυδιάστατου αντικειμένου έρευνας, όπως είναι τα συστήματα κινητής τηλεφωνίας. Παρά το γεγονός ότι η βιβλιογραφία υπήρξε επαρκής, οι έννοιες και οι τεχνικές δυσκολίες με τις οποίες ήρθα, πολλές φορές, αντιμέτωπος ήταν κάτι το πρωτόγνωρο, το οποίο αρκετές φορές μου έδινε την εντύπωση του ανυπέρβλητου. Θα ήθελα λοιπόν, να ζητήσω εκ των προτέρων την κατανόηση του αναγνώστη για οποιαδήποτε λάθη ή παραλείψεις οι οποίες φυσικά με βαρύνουν στο ακέραιο. / -

Η αυξανόμενη ζήτηση κινητών τηλεφώνων οδήγησε στην εισαγωγή του κυτταρικού ή κυψελοειδούς συστήματος κινητής ραδιοτηλεφωνίας (Cellular mobile radio). Σύμφωνα με το σύστημα αυτό διαιρείται η προς εξυπηρέτηση περιοχή σε εξάγωνα - Kυψέλες ή Κύτταρα - καθένα από τα οποία περιλαμβάνει ένα πομπό χαμηλής ισχύος τοποθετημένο στο σταθερό σταθμό (σταθμός κυττάρου Σ.Κ.). Κάθε σταθμός κυττάρου είναι συνδεμένος σε ένα τηλεφωνικό κέντρο κινητής ραδιοτηλεφωνίας (ΤΚΚΡ), που έχει πρόσβαση στο αστικό και υπεραστικό τηλεφωνικό δίκτυο. Το κέντρο αυτό διαθέτει κατάλληλο ηλεκτρονικό εξοπλισμό και ελέγχει όλη την περιοχή. Στο πλαίσιο αυτής της εργασίας μελετάμε την διαδικασία κυψελοειδούς σχεδιασμού και εξετάζουμε τις παραμέτρους που την επηρεάζουν. Επιπλέον διεξάγουμε πειραματικές μετρήσεις στην περιοχή της Πάτρας, οι οποίες μας οδηγούν σε σημαντικά συμπεράσματα σχετικά με τον σχεδιασμό ενός κυτταρικού συστήματος κινητης τηλεφωνίας. Στο 1ο κεφάλαιο παραθέτουμε απαραίτητα στοιχεία και έννοιες, όπως για παράδειγμα η ¨κάλυψη¨(coverage), που αφορούν στον κυψελοειδή σχεδιασμό, ενώ στο 2ο κεφάλαιο παρουσιάζουμε θεμελιώδεις αρχές λειτουργίας των συστημάτων ασύρματων επικοινωνιών GSM και TETRA. Στο 3ο κεφάλαιο αυτό επιχειρούμε να εμβαθύνουμε στην έννοια του σχεδιασμού κυψελοειδών κυτταρικών συστημάτων. Υπάρχουν κάποιοι γενικοί στόχοι που πρέπει ένα κυτταρικό σύστημα να ικανοποιεί, όπως η κατάλληλη ράδιο κάλυψη, η ελαχιστοποίηση του κόστους και η υψηλή ποιότητα υπηρεσιών, όμως οι μέθοδοι σχεδιασμού που οδηγούν στην υλοποίηση του κατάλληλου συστήματος που θα ικανοποιεί τους παραπάνω στόχους ποικίλουν. Κάθε μέθοδος αποτελεί μια ξεχωριστή προσέγγιση σχεδιασμού με τις δικές τις συνθήκες, το δικό της κυτταρικό και μαθηματικό μοντέλο. Στο 4ο κεφάλαιο μελετάμε ορισμένα σημαντικά χαρακτηριστικά των καναλιών εξασθένισης και εξετάζουμε την επιρροή τους στην απόδοση ενός συστήματος διαμόρφωσης με κωδικοποίηση. Ακόμα, θεσπίζουμε όρια μέτρησης που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να βελτιώσουν την απόδοση των καναλιών εξασθένισης. Η εξασθένιση εμφανίζεται λόγω μείωσης του ραδιοσήματος μεταξύ πομπού και δέκτη όταν παρεμβάλλονται αντικείμενα και λόγω ανάκλασης και διασποράς του σήματος. Επίσης, η λαμβανόμενη ισχύς σήματος μειώνεται ανάλογα με την απόσταση μεταξύ πομπού και δέκτη. Στο 5ο κεφάλαιο παρουσιάζουμε και σχολιάζουμε τις μετρήσεις που πραγματοποιήσαμε στη περιοχή των Πατρών. Σκοπός των μετρήσεων είναι η αξιολόγηση της λαμβανόμενης στάθμης σήματος από τον κινητό χρήστη σε διαφορετικά περιβάλλοντα και περιοχές με ποικιλία χαρακτηριστικών, όσο αφορά στη γεωγραφία, τη δόμηση και άλλους παράγοντες. Τέτοιες πειραματικές μετρήσεις, στην περιοχή ενδιαφέροντος, αποτελούν βασική προϋπόθεση για να ¨στηθεί¨ ένα σύστημα κυψελοειδούς κυτταρικού σχεδιασμού. Εξ’ άλλου, η στάθμη σήματος αποτελεί το ιδανικό εργαλείο για να βγάλουμε συμπεράσματα ως προς την κάλυψη (coverage) και τα κανάλια εξασθένισης (fading channels), τα οποία εξετάσαμε σε προηγούμενα κεφάλαια. / -

Σκοπός της διπλωματικής είναι η ανάπτυξη ενός ολοκληρωμένου σετ σημειώσεων για προγραμματισμό φορητών συσκευών με Windows Mobile και για τεχνολογίες ανάπτυξης εφαρμογών για κινητά.Με το πακέτο του .NET Compact Framework και το Visual Studio από κοντά, η διπλωματική αυτή συμβουλεύεται δειγματικούς κώδικες και εφαρμογές για να παρουσιάσει τις δυνατότητες του κόσμου αυτού των Windows εν κινήσει καθώς και τους περιορισμούς που θέτει η κίνηση αυτή σε σχέση με ένα σταθερό υπολογιστή. Αφού διαλέξει κάποιος την κινητή πλατφόρμα στην οποία στοχεύει να αναπτύξει τις εφαρμογές του και τα εργαλεία που θα χρησιμοποιήσει(και τα 2 παρουσιάζονται στον αναγνώστη με έμφαση στη λεπτομέρεια) ξεκινάει από ένα πρώτο χαμηλό προγραμματιστικό επίπεδο όπου λαμβάνει την βασική γνώση ώστε να ξεκινήσει με την ανάπτυξη μιας κινητής εφαρμογής.Γνωρίζει το υλικό των διαθέσιμων αυτή τη στιγμή κινητών συσκευών και εγκλιματίζεται στο περιβάλλον που καλείται να προγραμματίσει.Στη συνέχεια εισέρχεται πιο βαθιά στο υλικό και λογισμικό υπόβαθρο ώστε να προγραμματίσει αποτελεσματικές εφαρμογές με εργονομία και μοντέρνα λειτουργικότητα.Ζητήματα όπως η σύνδεση των κινητών εφαρμογών με βάσεις δεδομένων, η ασφάλεια, ο συγχρονισμός δεδομένων,η επικοινωνία με το τηλεπικοινωνιακό δίκτυο και η παροχή υπηρεσιών με Web Services εξετάζονται και παρουσιάζονται με παραδείγματα και εικόνες. Ευελπιστούμε πως ο αναγνώστης θα μπορέσει ύστερα από τη μελέτη της διπλωματικής αυτής να προγραμματίσει και σε προχωρημένο πλέον επίπεδο για τις αγαπημένες του εφαρμογές και να δοκιμάσει να εκμεταλευτεί τις νέες δυνατότητες και τεχνολογίες και να δημιουργήσει το δικό του κόσμο εν κινήσει! / -

Τα Long Term Evolution (LTE) δίκτυα αποτελούν το πιο πρόσφατο πρότυπο στην τεχνολογία της ιεραρχίας των κινητών δικτύων (GSM/EDGE και UMTS/HSPA τεχνολογίες δικτύων). Οι απαιτήσεις για γρήγορη κινητή, ευρυζωνική πρόσβαση αυξάνει εκθετικά τις τελευταίες δεκαετίες και αναμένεται μεγαλύτερη ακόμα ανάπτυξη στο μέλλον, το οποίο απαιτεί απεριόριστες δυνατότητες σε υπηρεσίες και εφαρμογές διαδικτύου και ανάπτυξη σε συσκευές χειρός και κινητούς εξοπλισμούς. Για να επιτευχθούν αυτές οι απαιτήσεις για μεγάλους ρυθμούς δεδομένων στα κινητά δίκτυα, η International Telecommunication Union (ITU) όρισε τα αρχικά επίπεδα για την εξέλιξη των 4ης γενιάς δικτύων. Στα πλαίσια της διπλωματικής αυτής εργασίας στόχος είναι η υλοποίηση του φυσικού κατερχόμενου καναλιού Physical Downlink Shared Channel (PDSCH) του Long Term Evolution (LTE), ενός φυσικού καναλιού μεταφοράς δεδομένων (κάνει τη μετάδοση του DL-SCH καναλιού μεταφοράς). Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται μια αναδρομή στην εξέλιξη των δικτύων μέχρι να φτάσουμε στην σημερινή εποχή και το LTE. Στο δεύτερο κεφάλαιο περιγράφεται η αρχιτεκτονική που ακολουθεί το LTE. Στο τρίτο κεφάλαιο γίνεται αναφορά στις βασικές αρχές που διέπουν το OFDMA, της τεχνικής διαμόρφωσης που χρησιμοποιείται στην κατερχόμενη μετάδοση. Στο τέταρτο κεφάλαιο περιγράφονται οι MIMO τεχνολογίες, ενώ στο πέμπτο περιγράφεται αναλυτικά το συγκεκριμένο κανάλι και τέλος στο έκτο κεφάλαιο παρατίθενται τα αποτελέσματα και τα συμπεράσματα. / LTE Networks is the latest standard in mobile networks technologies hierarchy (GSM/EDGE and UMTS/HSPA). The requirements for fast mobile, broadband access increases exponentially during the last decades and even larger and even more significant development is expected in the future, which (future) is guided from the unlimited features in services and internet applications and from the development of mobile equipment and portable devices).To fulfill these demands for the large data rates in mobile networks , International Telecommunication Union (ITU) defined those primal levels for 4th Generation Networks evolution. The purpose of this thesis is the implementation of LTE’s Physical Downlink Shared Channel (PDSCH), a physical channel for data transfer . In the first chapter a recursion is made through the development of networks and up to current technologies and LTE. In chapter two LTE architectures are described. In chapter three, basic OFDMA principles are described , which is the modulation method used in downlink transmission. In chapter four MIMO technologies are described while in the fifth chapter the particular channel is described in depth. Finally in chapter six are laid down the results and conclusions.

Τα συστήματα κινητής τηλεφωνίας απαιτούν οι κινητές συσκευές να βρίσκονται στην περιοχή κάλυψης ενός σταθμού βάσης για να μπορεί να διεξαχθεί επικοινωνία. Τι συμβαίνει όμως όταν ένα κινητό τερματικό βρεθεί σε περιοχή που δεν καλύπτεται από σταθμό βάσης; Αυτό μπορεί να συμβεί είτε σε περίπτωση που η περιοχή είναι απομονωμένη ώστε να μη έχει καταστεί συμφέρον να αναπτυχθεί υποδομή κινητής επικοινωνίας, είτε αν βρίσκεται στην επικράτεια υποανάπτυκτης χώρας όπου οι υποδομές είναι απαρχαιωμένες ή ανύπαρκτες, είτε οι υποδομές της περιοχής έχουν καταστραφεί ή καταστεί πρακτικά μη λειτουργικές λόγω απρόσμενων συμβάντων (πόλεμοι, σεισμοί, παλίρροιες, κλπ). Τα κινητά συστήματα δορυφορικών επικοινωνιών αναπτύχθηκαν ακριβώς για να παρέχουν αξιόπιστες υπηρεσίες επικοινωνιών «παντού και πάντοτε». Ειδικά, την δεκαετία 1990 που άρχισε η ευρεία χρήση κινητών επικοινωνιών, αντιμετωπίστηκε το αρχικά το πρόβλημα περιορισμένης κάλυψης λόγω μη επαρκούς επίγειας υποδομής. Η ιδέα ήταν να εξυπηρετούνται οι συνδρομητές από δορυφόρους αντί σταθμών βάσης, οι οποίοι θα παρείχαν παγκόσμια κάλυψη και θα παρέμειναν ανεπηρέαστοι από τις εξελίξεις στην Γη. Συνεπώς, δεν θα απαιτούνταν πρόσθετες υποδομές για κάλυψη περιοχών αλλά οι αρχικοί αστερισμοί δορυφόρων να παρείχαν αδιάκοπη κάλυψη. Ωστόσο λόγω της υψηλής χρέωσης δορυφορικής επικοινωνίας, της αδυναμίας παροχής εξαρχής των διαφημιζόμενων υπηρεσιών και του ανταγωνισμού από τα επίγεια συστήματα κινητής τηλεφωνίας, κάποια από τα δορυφορικά κινητά συστήματα (Iridium, Globalstar) οδηγήθηκαν σε χρεωκοπία στις αρχές της δεκαετίας 2000. Τα συστήματα αυτά εξαγοράστηκαν και ανασυστάθηκαν, και εξυπηρετούν εκατοντάδες χιλιάδων συνδρομητών, ενώ ετοιμάζονται για την εκτόξευση νέας γενεάς δορυφόρων. Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται τις τεχνικές διαφορικής λήψης στα συστήματα κινητών δορυφορικών επικοινωνιών και γίνεται προσομοίωση της διαφορικής λήψης σήματος δορυφόρου από πλευράς χρήστη. Για να καταστούν όμως σαφέστερες στον χρήστη οι τεχνικές αυτές, προηγείται επισκόπηση των αρχών επικοινωνίας και της αρχιτεκτονικής των συστημάτων αυτών, ενώ μελετώνται και τεχνικές επεξεργασίας που εφαρμόζονται στο κινητό δορυφορικό σήμα. Συγκεκριμένα, στο Κεφάλαιο 1, αναφέρονται οι αρχές κινητών δορυφορικών επικοινωνιών, δηλαδή η συχνότητες επικοινωνίας, οι τροχιές των δορυφόρων, τα φαινόμενα διάδοσης στο ασύρματο δορυφορικό μονοπάτι, η κάλυψη των δορυφόρων κινητών επικοινωνιών, οι δορυφορικές ζεύξεις και οι τεχνικές μεταπομπής του κινητού σήματος. Στο Κεφάλαιο 2, αναλύεται η αρχιτεκτονική των δορυφορικών συστημάτων κινητών επικοινωνιών, δηλαδή όλες οι συνιστώσες διαστήματος και εδάφους από τις οποίες απαρτίζεται ένα δορυφορικό σύστημα που επιτελεί υπηρεσίες κινητών επικοινωνιών. Έμφαση δίνεται στα υποσυστήματα του τηλεπικοινωνιακού δορυφόρου που αποτελεί την κεντρική συνιστώσα κάθε δορυφορικού συστήματος. Γίνεται αναφορά και στην επίγεια υποδομή που παρέχει υποστήριξη στους δορυφόρους και διασύνδεση με τα άλλα δίκτυα επικοινωνιών. Ακολουθεί περιγραφή της αρχιτεκτονικής των δύο πιο δημοφιλών δορυφορικών συστημάτων υπηρεσιών κινητών επικοινωνιών, Iridium και Globalstar. Πλέον όλα τα σήματα κινητών επικοινωνιών είναι ψηφιακά, καθότι η ψηφιακή τεχνολογία προσφέρει πολλά πλεονεκτήματα έναντι της αναλογικής. Στο Κεφάλαιο 3, αναλύονται οι ψηφιακές τεχνικές που εφαρμόζονται στο δορυφορικό σήμα κινητών επικοινωνιών ακολουθώντας όλα τα στάδια από την ψηφιοποίηση του αναλογικού σήματος που παράγεται από τον ομιλητή, τις διάφορες μορφές κωδικοποίησης, πολυπλεξίας, διαμόρφωσης και τέλος, πολλαπλής πρόσβασης στον δορυφορικό αναμεταδότη. Το Κεφάλαιο 4 μπαίνει στην καρδιά της διπλωματικής εργασίας, δηλαδή τις τεχνικές διαφορισμού. Αναφέρονται γενικά οι τεχνικές διαφορισμού πομπού και δέκτη, και ο δέκτης RAKE για διαφορική λήψη κινητού τηλεφώνου. Επιπλέον αναλύονται οι διαδικασίες διαφορισμού που λαμβάνουν χώρα σε όλο το εύρος ενός δορυφορικού συστήματος κατά την διεξαγωγή κλήσης, που εμπλέκουν δύο ή περισσότερες πύλες και δύο ή περισσότερους δορυφόρους. Τέλος, στο Κεφάλαιο 5, γίνεται προσομοίωση της διαφορικής λήψης τηλεφωνικού σήματος CDMA που εκπέμπεται από πολλαπλούς δορυφόρους που βρίσκονται εντός του οπτικού πεδίου ενός δορυφορικού τηλεφώνου. Τα σήματα των δορυφόρων λαμβάνονται από τον δέκτη RAKE του τηλεφώνου και συνδυάζονται σε ένα συνεκτικό σήμα με κάποια τεχνική συνδυασμού. Βάσει των αποτελεσμάτων των προσομοιώσεων θα αξιολογηθεί η ποιότητα του λαμβανόμενου σήματος για κάθε πρόσθετο δορυφόρο και για κάθε τεχνική συνδυασμού διαφορισμού. / The mobile satellite systems were developed with the ambitious goal to provide reliable service “anywhere, anytime”. Whereas the cellular mobile systems depend on ground infrastructure in order to be operational, the mobile satellite systems indeed can still work even where ground infrastructure is inadequate or destroyed by unexpected events such as earthquakes, tides or wars. The concept of mobile satellite systems is that mobile satellite phones communicate directly with a fleet of dozens of satellites just like cell phones communicate with base stations. In such a way, communication can be delivered uninterrupted by events on Earth, as well as the need for additional ground infrastructure can be bypassed. However, due to high satellite service charges, inability to provide the advertised services and high competition from terrestrial cellular systems some of mobile satellite systems (Iridium, Globalstar) fell into bankruptcy in early 2000s. These systems were taken over and reestablished and are currently serving hundreds of thousands customers, while been prepared to launch a new generation of satellites. The purpose of the present diploma thesis is to study the reception techniques in the mobile satellite systems. Eventually, the diversity reception is simulated for the case of a satellite phone receiving signal from four LEO satellites, inspired by the Globalstar system. In order that the function of a MSS can be understood, before the presentation of the simulation, the principles of mobile satellite communications are presented, following the architecture of an MSS and the digital signal techniques that are utilized in mobile satellite communications. Specifically, in Chapter 1 the principles of mobile satellite communications are reviewed. We start with the types of mobile satellite services and frequency allocation. Then the communications satellites orbits are mentioned with emphasis to the advantages and disadvantages of each orbit that determines its utilization in satellite communications. We proceed with the mobile satellite links, the coverage of a LEO satellite and the handover techniques that are necessary in order to guarantee uninterrupted connection and seamless switching during a call. In Chapter 2, the architecture of a mobile satellite system is analyzed, i.e. the components of which a mobile satellite system is comprised. At first, we will take an insight in the structure and the various systems of a communications satellite. In addition, we will see the structure of the ground segment that supports the satellites and the user segment. Additionally the Iridium and Globalstar are presented that follow totally opposite philosophies in all implementation and function aspects. Digital technology has managed to prevail over its analog counterpart in most satellite communications thanks to its inherent advantages. The most common digital signal techniques will be reviewed in Chapter 3 concerning the MSS. Specifically, source coding, channel coding, line coding, modulation, multiplexing, multiple access, pulse shaping, and equalization techniques are taken into account since all these techniques are implemented in almost every wireless digital communication, rendering the digital signal resistant to wireless channel impairments as well as bandwidth effective. In Chapter 4, diversity analysis takes place. Diversity is a technique whereby multiple replicas of a signal are sent over a wireless channel so as to mitigate fading. We will see the various diversity techniques along with the diversity combining techniques which are used to finally combine the received signals into a single coherent signal. Furthermore, a reader will learn about some diversity techniques used in mobile satellite systems involving multiple satellites and gateways during call establishment and routing. Finally, the knowledge acquired from the previous chapters will help understand the process of diversity reception in the case of a satellite phone. In Chapter 5, the signal reception by a satellite phone from four LEO satellites is simulated by use of the Matlab programming tool. Every satellite is presumed to transmit a replica of the same signal based on the CDMA spread spectrum technique whereas the signals arrive at the phone following different paths (path diversity). Hence the received signal is comprised of four multipath components arriving at the receiver at different times. The satellite phone includes a RAKE receiver which is composed of four fingers or braches each synchronized to a multipath component. The RAKE receiver combines the multipath components using each of the SC, EGC and MRC techniques. Conclusively, the signal-to-noise ratio (SNR) and energy per bit to noise power spectral density ratio (Eb/N0) are measured as a function of the number of RAKE receiver fingers and the combining technique. The simulation results will denote the importance of diversity in the quality of the received signal in a multipath environment as well as the efficiency of each of the combining techniques.