Μεταφορά και Διαχείριση Ευρυζωνικής Κίνησης σε Ασύρματα Τηλεπικοινωνιακά Δίκτυα

Αντικείμενο της παρούσας διατριβής αποτελεί η μελέτη των τεχνικών διαχείρισης πόρων σε ασύρματα ευρυζωνικά δίκτυα επικοινωνιών με στόχο την βελτιστοποίηση της φασματικής απόδοσης καθώς και η μελέτη εναλλακτικών τεχνολογιών μεταφοράς ασύρματης ευρυζωνικής κίνησης. Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται μια σύντομη επισκόπηση των ευρυζωνικών δικτύων ασύρματης πρόσβασης καθώς και των χαρακτηριστικών τους. Στη συνέχεια αναφέρονται συνοπτικά τα σημαντικότερα θέματα που αφορούν τις τεχνικές της διαχείρισης πόρων σε τέτοιου είδους δίκτυα. Τέλος παρουσιάζονται οι επικρατέστερες εναλλακτικές τεχνολογίες που έχουν προταθεί για την μεταφορά ασύρματης ευρυζωνικής κίνησης. Στο δεύτερο κεφάλαιο περιγράφεται το μοντέλου ενός τυπικού ασύρματου ευρυζωνικού δικτύου και γίνεται μια εκτενής ανασκόπηση των επικρατέστερων τεχνικών διαχείρισης πόρων που έχουν προταθεί στην διεθνή βιβλιογραφία. Στη συνέχεια παρουσιάζονται αναλυτικά οι προτεινόμενες τεχνικές διαχείρισης πόρων καθώς και τα συγκριτικά αποτελέσματα της προσομοίωσης των μεθόδων αυτών σε σχέση με την αποδοτικότερη από τις υπάρχουσες τεχνικές. Τέλος συνοψίζονται τα συμπεράσματα που προέκυψαν από την εφαρμογή των προταθέντων τεχνικών. Στο τρίτο κεφάλαιο αρχικά παρουσιάζεται αναλυτικά το μοντέλο ενός συστήματος μεταφοράς ασύρματης ευρυζωνικής κίνησης μέσω επίγειας ασύρματης οπτικής ζεύξης. Στη συνέχεια μελετάται και αξιολογείται η απόδοση του εν λόγω συστήματος, χρησιμοποιώντας ως μετρικές την μέση πιθανότητα διακοπής καθώς και τη μέση πιθανότητα σφάλματος οι οποίες υπολογίζονται σε κλειστή μορφή. Τέλος παρουσιάζονται τα αριθμητικά αποτελέσματα της προσομοίωσης και παρατίθενται τα σχετικά συμπεράσματα. Στα πλαίσια του τέταρτου κεφαλαίου γίνεται η παρουσίαση της προτεινόμενης αρχιτεκτονικής ενός πολύ-αλματικού δικτύου εναέριων πλατφορμών μεγάλου ύψους οι οποίες διασυνδέονται με ασύρματη οπτική ζεύξη, με σκοπό την μεταφορά ασύρματης ευρυζωνικής κίνησης σε μεγάλες αποστάσεις. Εξετάζεται τόσο το σενάριο τους ενός όσο και το σενάριο των πολλών αλμάτων, και μελετάται η απόδοση ενός τέτοιου συστήματος όσον αφορά την μέση πιθανότητα διακοπής στον τελικό χρήστη. Στο τέλος του κεφαλαίου παρατίθενται τα αριθμητικά αποτελέσματα της προσομοίωσης καθώς και τα σχετικά συμπεράσματα. Τέλος, στο κεφάλαιο 5 συνοψίζονται τα σημαντικότερα συμπεράσματα που προέκυψαν από την παρούσα διατριβή και γίνονται υποδείξεις για περαιτέρω έρευνα.The present thesis aims to study resource allocation techniques in fixed broadband wireless networks in order to optimize their spectral efficiency as well as to investigate alternative broadband transfer methods. The first chapter gives a brief overview of broadband wireless access networks with their characteristics. The fundamental resource management techniques proposed in the open technical literature are also referred. Finally, the prevailing broadband transfer technologies are presented. The second chapter describes a typical wireless broadband network model and provides a comprehensive review of the key resource management techniques proposed in the literature. Then, the proposed resource management techniques are presented and compared using proper simulation results. Finally, conclusions are summarized. In the third chapter, the analytical model of a wireless broadband traffic model over a terrestrial wireless optical link is analyzed. Its performance is extracted using analytical expressions of the average outage probability and the average error probability metrics. Appropriate simulation results are depicted as well. In the fourth chapter, a network architecture comprising of several high amplitude platforms communicating with each other using optical links, is introduced in order to transfer broadband traffic over long distances. The outage probability performance is examined using either one-hop or multi-hop scenarios and suitable numerical results are provided. Finally, in chapter 5, concluding remarks are summarized and suggestions for further research are indicated

Green radio communication networks applying radio-over-fibre technology for wireless access

Wireless communication increasingly is becoming the first choice link to enter into the global information society. It is an essential part of broadband communication networks, due to its capacity to cover the end-user domain, outdoors or indoors. The use of mobile phones and broadband has already exceeded the one of the fixed telephones and has caused tremendous changes in peoples life, as not only to be recognised in the current political overthrows. The all-around presence of wireless communication links combined with functions that support mobility will make a roaming person-bound communication network possible in the near future. This idea of a personal network, in which a user has his own communication environment available everywhere, necessitates immense numbers of radio access points to maintain the wireless links and support mobility. The progress towards “all-around wireless” needs budget and easily maintainable radio access points, with simplified signal processing and consolidation of the radio network functions in a central station. The RF energy consumption in mobile base stations is one of the main problems in the wireless communication system, which has led to the worldwide research in so called green communication, which offers an environmentally friendly and cost-effective solution. In order to extend networks and mobility support, the simplification of antenna stations and broadband communication capacity becomes an increasingly urgent demand, also the extension of the wireless signal transmission distance to consolidate the signal processing in a centralised site. Radio-over-Fibre technology (RoF) was considered and found to be the most promising solution to achieve effective delivery of wireless and baseband signals, also to reduce RF energy consumption. The overall aim of this research project was to simulate the transmission of wireless and baseband RF signals via fibre for a long distance in high quality, consuming a low-power budget. Therefore, this thesis demonstrated a green radio communication network and the advantage of transmitting signals via fibre rather than via air. The contributions of this research work were described in the follows: Firstly, a comparison of the power consumption in WiMAX via air and fibre is presented. As shown in the simulation results, the power budget for the transmission of 64 QAM WiMAX IEEE 802.16-2005 via air for a distance of 5km lies at -189.67 dB, whereas for the transmission via RoF for a distance of 140km, the power consumption ranges at 65dB. Through the deployment of a triple symmetrical compensator technique, consisting of SMF, DCF and FBG, the transmission distance of the 54 Mbps WiMAX signal can be increased to 410km without increasing the power budget of 65dB. An amendment of the triple compensator technique to SMF, DCF and CFBG allows a 120Mbps WiMAX signal transmission with a clear RF spectrum of 3.5 GHz and constellation diagram over a fibre length of 792km using a power budget of 192dB. Secondly, the thesis demonstrates a simulation setup for the deployment of more than one wireless system, namely 64 QAM WiMAX IEEE 802.16-2005 and LTE, for a data bit rate of 1Gbps via Wavelength Division Multiplexing (WDM) RoF over a transmission distance of 1800km. The RoF system includes two triple symmetrical compensator techniques - DCF, SMF, and CFBG - to obtain a large bandwidth, power budget of 393.6dB and a high signal quality for the long transmission distance. Finally, the thesis proposed a high data bit rate and energy efficient simulation architecture, applying a passive optical component for a transmission span up to 600km. A Gigabit Optical Passive Network (GPON) based on RoF downlink 2.5 Gbps and uplink 1.25Gbps is employed to carry LTE and WiMAX, also 18 digital channels by utilising Coarse Wavelength Division Multiplexing (CWDM). The setup achieved high data speed, a low-power budget of 151.2dB, and an increased service length of up to 600km