همبستگي فضايي در سيستم سكوي ارتفاع بالا با آنتن هاي چند ورودي - چند خروجي انبوه

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي برق

دكتري

سيستم‌هاي ارتباطي مبتني بر HAPS به دليل توانايي ارائه پوشش وسيع، تأخير كم، و ظرفيت بالا، نقش مهمي در نسل‌هاي آينده ارتباطات بي‌سيم ايفا مي‌كنند. اين سيستم‌ها به‌عنوان جايگزين يا مكملي براي ماهواره‌ها و شبكه‌هاي زميني، امكان دسترسي به مناطق دورافتاده و بهبود عملكرد شبكه در مناطق پرجمعيت را فراهم مي‌كنند. اهميت HAPS در توسعه فناوري‌هايي مانند Massive MIMO و 6G به‌وضوح نمايان است و استفاده از آن‌ها مي‌تواند تحول چشمگيري در ارتباطات بي‌سيم ايجاد كند. با اين حال، يكي از چالش‌هاي اساسي در پياده‌سازي اين سيستم‌ها، وجود همبستگي فضايي بالا است كه منجر به كاهش درجه آزادي (DoF) در سيستم‌هاي Massive MIMO HAPS مي‌شود. اين همبستگي فضايي عمدتاً ناشي از وجود مسير ديد مستقيم (LoS) قوي و محيط پراكندگي كم بين HAPS و كاربران زميني است. بدون حل اين چالش، بهره‌برداري بهينه و مؤثر از اين سيستم‌ها غيرممكن خواهد بود. براي مقابله با اين چالش، در اين رساله راهكارهايي نوآورانه ارائه شده است. يكي از مؤثرترين روش‌ها طراحي معماري آنتن با چينش‌هاي مناسب و استفاده از آرايه‌هاي پيشرفته نظير آنتن‌هاي استوانه‌اي يا تركيب چينش‌هاي UPA و ULA است كه تفكيك فضايي سيگنال‌ها را بهبود مي‌بخشد. علاوه بر اين، بهره‌گيري از الگوريتم‌هاي تخصيص منابع مبتني بر مكان كاربران، امكان استفاده بهينه از طيف فضايي را فراهم مي‌كند. براي كاهش تداخلات و افزايش تفكيك سيگنال‌ها، طراحي بيم‌هاي فضايي بر اساس پارامترهاي كانال و شرايط محيطي صورت مي‌گيرد كه مي‌تواند عملكرد ارتباطات را به طور قابل‌توجهي ارتقا دهد. علاوه بر اين، استفاده از روش NOMA در اين سيستم‌ها به عنوان يك راهكار پيشرفته براي افزايش ظرفيت و بهره‌وري سيستم پيشنهاد شده است. اين روش، با امكان اشتراك‌گذاري منابع ميان كاربران و حذف تداخل مي‌تواند به بهبود كيفيت سرويس و كاهش اثرات همبستگي فضايي كمك كند. همچنين، استفاده از روش‌هاي خوشه‌بندي كاربران بر اساس موقعيت فضايي، زمينه‌ساز تخصيص بهينه منابع به خوشه‌هاي كاربران مي‌شود. در نهايت، اين پژوهش با ارائه يك رويكرد جامع شامل تحليل نظري، شبيه‌سازي دقيق، و طراحي معماري‌هاي نوآورانه، نشان مي‌دهد كه اجراي اين راهكارها نه‌تنها به كاهش همبستگي فضايي و افزايش درجه آزادي در سيستم‌هاي Massive MIMO HAPS كمك مي‌كند، بلكه ظرفيت شبكه، نرخ انتقال داده، و بهره‌وري انرژي را نيز بهبود مي‌بخشد. اين نتايج مي‌توانند مسير را براي بهره‌برداري عملي از اين فناوري در نسل آينده ارتباطات بي‌سيم هموار كنند.

233421

مخابرات سيستم

مهندسي برق و كامپيوتر

دانشگاه صنعتي اصفهان