This thesis presents a novel commun

This thesis presents a novel communications scheme which allows the deployment of MIMO
capacity techniques to terminals with only a few closely spaced antenna elements. The
system deployment is referred to as Virtual Antenna Arrays (VAAs), the concept of
which is briefly explained below.
Traditionally, a communications system is designed such that a base station communicates with each mobile terminal individually. Such a system as a whole, however, offers
theoretically much more in terms of capacity bounds and data throughput. A more pragmatic approach to system design would allow mutual communication between the mobile
terminals to create virtual MIMO channels. Since many single antenna terminals form a
mutually communicating entity, the concept was termed Virtual Antenna Array (VAA) [6].
The underlying principle for cellular deployment is depicted in Figure 1.1. A base station
array consisting of several antenna elements transmits a space-time encoded data stream
to the associated mobile terminals which can form several independent VAA groups. Each
mobile terminal within a group receives the entire data stream, extracts its own information
and concurrently relays further information to the other mobile terminals. It then receives
more of its own information from the surrounding mobile terminals and, finally, processes
the entire data stream. The wired links within a traditional receiving antenna array are
thus replaced by wireless links. The same principle is applicable to the uplink.
Figure 1.1: Virtual Antenna Arrays in cellular deployment.
22
In this situation, VAA accomplishes a special type of network which bridges cellular and
ad-hoc concepts to establish a heterogenous network with increased capacity. It calls for
intelligent synchronisation, relaying and data scheduling algorithms, the exact realisation
of which depends on the access scheme, choice of main link technology, choice of relaying
technology, technological limits, number of antennas within a given geographical area and
other factors, e.g. the ability of the cellular system to synchronise users, etc.
An example shall illustrate the previously mentioned deployment, where a VAA is embedded into a 3G communication system. Here, the direct link between base station (BS)
and mobile terminals (MTs) is based on 3G UMTS W-CDMA [7]. For the relaying link a
current standard with direct mode communication capabilities is required, which is chosen
to be Bluetooth [8]. Therefore, MTs which happen to be in communication range of the
Bluetooth transceiver form a VAA in the sense that they start supporting each other via
mutual communication. They continue communicating with the BS using the W-CDMA
link and, at the same time, relay further captured information to the other MTs within the
VAA group utilising Bluetooth, thereby increasing the end-to-end link capacity.
The deployment of VAAs creates various problems which need to be addressed. For
instance, the ability of the terminals to transmit and receive simultaneously and thus to
operate in full duplex mode. The duplex communication problem can be solved by assuming
that the frequency bands for the main link (BS to MT) and the relaying links (MT to MTs)
differ. However, such duplex deployment still poses serious constraints on the MT radio
frequency (RF) chain. Particularly, if the receiving main link band and the transmitting
relaying band are not spaced sufficiently far apart in the frequency domain, the transmitter
front-end duplex filter may not be able to protect the receiving branch sufficiently well.
However, I believe that problems like these are either already solved (e.g. MEMS) or will
be solved in the near future with the ever increasing technological advances.
Of further importance is the actual relaying process. Similar to satellite transponders,
the signal can be retransmitted using a transparent or regenerative relay [9]. A transparent
relay is generally easier to deploy since only a frequency translation is required. However,
additions to the current standards are required. For a simpler adaptation of VAA to current
standards, regenerative relays ought to be deployed. This generally requires more computational power, but will be shown in this thesis to increase the capacity of the network.
Finally, the right choice on main link and relaying access technologies has a severe
impact on the performance and merit of VAAs. An assessment of the applicability of
current standards, such as GSM, UMTS, HiperLAN2, IEEE802.x, is beyond the scope of
this thesis. The interested reader is therefore referred to [10]. In contrast to a specific
deployment, this thesis deals with a generic realisation of Virtual Antenna Arrays, where
the above-given cellular example is only a subset of such a realisation.
23
Such generic realisation of VAAs has been introduced in [10], which is henceforth referred
to as distributed-MIMO multi-stage relaying network. An example realisation is
depicted in Figure 1.2. Here, a source MT communicates with a target MT via a number
of relaying MTs. Spatially adjacent relaying MTs form a VAA, each of which receives
data from the previous VAA and relays data to the consecutive VAA until the target
MT is reached. Note that each of the involved terminals may have more than one antenna
element. Furthermore, an arbitrary number of MTs of the same VAA may cooperate among
each other. The suggested topology, as depicted in Figure 1.2, encompasses a variety of
communication scenarios.
For instance, a cellular system operating on the downlink is obtained by replacing the
source MT by the BS antenna array which communicates directly with the VAA containing
the target MT. It may also represent a system where a BS array communicates with a VAA
formed somewhere in the cell, which in turn relays the data to another VAA containing the
target MT. This allows the coverage area of the BS to be extended. The same topology is
applicable to mesh, ad-hoc and sensor networks [11, 12].
Although naturally more complex to deploy, it will be shown in this thesis how such
deployment can boost the system capacity. Also, a VAA allows an automatic scaling of
a network as depicted by means of Figure 1.2. This is because a higher density of MTs
requires more capacity, which is more easily provided if more antenna elements are available
to form VAAs

Kết quả (Việt) 1:

Luận án này trình bày một chương trình truyền thông tiểu thuyết cho phép triển khai MIMOcông suất các kỹ thuật thiết bị đầu cuối với chỉ một vài yếu tố chặt chẽ khoảng cách ăng-ten. Cáctriển khai hệ thống được gọi là ảo ăng-ten mảng (VAAs), khái niệm vềđó một thời gian ngắn giải thích dưới đây.Theo truyền thống, một hệ thống truyền thông được thiết kế như vậy mà một trạm liên lạc với mỗi thiết bị đầu cuối điện thoại di động cá nhân. Như một hệ thống như một toàn thể, Tuy nhiên, cung cấplý thuyết là nhiều hơn nữa về khả năng giới hạn và dữ liệu thông qua. Một cách tiếp cận thực tế hơn để thiết kế hệ thống sẽ cho phép các giao tiếp lẫn nhau giữa điện thoại di độngthiết bị đầu cuối để tạo ra ảo MIMO kênh. Kể từ khi nhiều đơn ăng-ten thiết bị đầu cuối hình thức mộthai bên giao tiếp thực thể, các khái niệm được gọi là ảo ăng-ten mảng (VAA) [6].Các nguyên tắc cơ bản cho việc triển khai di động được mô tả trong hình 1.1. Một trạm phátmảng bao gồm một số yếu tố ăng-ten truyền một dòng dữ liệu không thời gian mã hóathiết bị đầu cuối điện thoại di động liên kết có thể tạo thành một số nhóm VAA độc lập. Mỗithiết bị đầu cuối điện thoại di động trong một nhóm sẽ nhận được dòng toàn bộ dữ liệu, chiết xuất thông tin riêng của mìnhvà đồng thời rơ le xem thêm thông tin để các thiết bị đầu cuối điện thoại di động khác. Nó sau đó nhận đượcthêm riêng của mình thông tin từ các thiết bị đầu cuối điện thoại di động xung quanh và cuối cùng, quá trìnhdòng toàn bộ dữ liệu. Các liên kết có dây trong vòng một mảng ăng-ten truyền thống nhậnVì thế thay thế bởi kết nối không dây. Cùng một nguyên tắc được áp dụng để tải lên.1.1 hình: Ảo ăng-ten mảng trong di động triển khai.22Trong tình huống này, VAA hoàn thành một loại đặc biệt của mạng mà cầu di động vàquảng cáo-hoc các khái niệm để thiết lập một mạng lưới heterogenous với tăng sức chứa. Nó gọi chođồng bộ hóa thông minh, chuyển tiếp và dữ liệu lập kế hoạch giải thuật, việc thực hiện chính xáctrong đó phụ thuộc vào sự lựa chọn của công nghệ chính liên kết, chương trình truy cập, lựa chọn chuyển tiếpcông nghệ, công nghệ giới hạn, số lượng các ăng-ten trong khu vực địa lý nhất định vàCác yếu tố khác, ví dụ như khả năng của hệ thống di động để đồng bộ hóa người dùng, vv.Một ví dụ sẽ minh họa cho việc triển khai đã đề cập, nơi một VAA được nhúng vào một hệ thống giao tiếp 3G. Ở đây, liên kết trực tiếp giữa trạm (BS)và thiết bị đầu cuối điện thoại di động (MTs) dựa trên 3G UMTS W-CDMA [7]. Liên kết relaying mộtCác tiêu chuẩn hiện hành với khả năng giao tiếp trực tiếp chế độ là cần thiết, mà được chọnphải Bluetooth [8]. Vì vậy, MTs mà xảy ra trong phạm vi giao tiếp của cácBluetooth thu phát hình thành một VAA trong cảm giác rằng họ bắt đầu hỗ trợ lẫn nhau thông quagiao tiếp lẫn nhau. Họ tiếp tục liên lạc với BS bằng cách sử dụng W-CDMAliên kết, và cùng lúc đó, tiếp sức thêm bắt giữ các thông tin để các MTs khác trong vòng cácVAA nhóm sử dụng Bluetooth, do đó tăng khả năng liên kết thúc để kết thúc.Việc triển khai của VAAs tạo ra vấn đề khác nhau mà cần phải được giải quyết. ChoVí dụ, khả năng của thiết bị đầu cuối để truyền và nhận được cùng một lúc và do đó đếnhoạt động trong chế độ đầy đủ song. Vấn đề song giao tiếp có thể được giải quyết bằng cách giả sửtần số ban nhạc cho liên kết chính (BS-MT) và các liên kết relaying (MT để MTs)khác nhau. Tuy nhiên, triển khai song như vậy vẫn còn đặt ra những hạn chế nghiêm trọng trên đài phát thanh MTtuyeán (RF) chuỗi. Đặc biệt, nếu chính nhận được liên kết ban nhạc và các truyềntiếp nhận ban nhạc được không khoảng cách đủ xa ngoài thuộc phạm vi tần số, bộ phátFront-end duplex lọc có thể không thể bảo vệ các chi nhánh nhận được đủ tốt.Tuy nhiên, tôi tin rằng các vấn đề như thế này là một trong hai đã được giải quyết (ví dụ như MEMS) hoặc sẽđược giải quyết trong tương lai gần với công nghệ tiên tiến ngày càng tăng.Hơn nữa quan trọng là quá trình relaying thực tế. Tương tự như chiếc vệ tinh,Các tín hiệu có thể được retransmitted bằng cách sử dụng một chuyển tiếp trong suốt hoặc tái tạo [9]. Một minh bạchchuyển tiếp là thường dễ dàng hơn để triển khai kể từ khi chỉ là một bản dịch tần số được yêu cầu. Tuy nhiên,bổ sung vào các tiêu chuẩn hiện tại được yêu cầu. Cho một phiên bản đơn giản của VAA đến hiện tạitiêu chuẩn, rơ le tái tạo nên được triển khai. Điều này nói chung đòi hỏi thêm sức mạnh tính toán, nhưng sẽ được hiển thị trong luận án này để tăng năng lực của mạng.Cuối cùng, sự lựa chọn đúng vào chính liên kết và chuyển tiếp các công nghệ truy cập có một nghiêm trọngtác động đến hiệu suất và bằng khen của VAAs. Đánh giá các ứng dụng củatiêu chuẩn hiện hành, chẳng hạn như GSM, UMTS, HiperLAN2, IEEE802.x, là vượt ra ngoài phạm vi củaluận án này. Người đọc quan tâm do đó được gọi [10]. Trái ngược với một cụ thểtriển khai, luận án này đề với một thực hiện chung của ảo ăng-ten mảng, nơiở trên-cho di động ví dụ là chỉ là một tập hợp con của việc thực hiện như vậy.23Như vậy thực hiện chung của VAAs đã được giới thiệu trong [10], mà từ đó được gọiđể như MIMO phân phối nhiều giai đoạn chuyển tiếp mạng. Thực hiện một ví dụ làMô tả trong hình 1,2. Ở đây, một nguồn MT giao tiếp với một mục tiêu MT thông qua một sốcủa chuyển tiếp MTs. trong không gian tiếp giáp bảo vệ rơ le MTs tạo thành một VAA, mỗi trong số đó sẽ nhận đượcdữ liệu từ trước VAA và chuyển tiếp dữ liệu để VAA liên tục cho đến khi mục tiêuMT được đạt tới. Lưu ý rằng mỗi người trong số các thiết bị đầu cuối tham gia có thể có nhiều hơn một ăng-tennguyên tố. Hơn nữa, một số tùy ý của MTs VAA tương tự có thể hợp tác giữaVới nhau. Đề xuất cấu trúc liên kết, như mô tả trong hình 1.2, bao gồm một loạt cáctình huống giao tiếp.Ví dụ, một hệ thống di động hoạt động trên downlink thu được bằng cách thay thế cácnguồn MT bởi BS ăng-ten mảng liên lạc trực tiếp với các chứa VAAMT. mục tiêu Nó cũng có thể đại diện cho một hệ thống nơi một mảng BS giao tiếp với một VAAformed somewhere in the cell, which in turn relays the data to another VAA containing thetarget MT. This allows the coverage area of the BS to be extended. The same topology isapplicable to mesh, ad-hoc and sensor networks [11, 12].Although naturally more complex to deploy, it will be shown in this thesis how suchdeployment can boost the system capacity. Also, a VAA allows an automatic scaling ofa network as depicted by means of Figure 1.2. This is because a higher density of MTsrequires more capacity, which is more easily provided if more antenna elements are availableto form VAAs