Ray-Tracing Wireless Channel Modeling and Verification in CoMP Systems. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF (Ray-Tracing Wireless Channel Modeling and Verification in CoMP Systems) Ray-Tracing_Wireless_Channel_Modeling_and_Verification_in_CoMP_Systems.pdf Download (5MB) | Preview

Arabic Abstract

الانظمة التراسلية المتعاونة متعددة النقاط متعددة المدخلات متعددة المخرجات تحسن من تغطية وسرعة نقل البيانات لمستخدمين الشبكات الخلوية وخاصة على أطراف الخلية. التداخل في الاشارات هي ميزة تستغل من قبل الانظمة التراسلية المتعاونة متعددة النقاط بدلا من أن تكون مشكلة كما هو الحال في أنظمة الاتصالات الحاليه التقليدية. في هذه الرسالة تم نمذجة ومحاكاة القنوات اللاسلكية بطريقة تتبع الشعاع لإحدى أكبر الشبكات التجريبية في العالم للأنظمة المتعاونة متعددة النقاط. المساهمة الرئيسية لهذه الأطروحة هو تقييم مدى دقة محاكاة القنوات اللاسلكية بطريقة تتبع الشعاع وذلك من خلال مقارنة أدائها مع أداء القنوات اللاسلكية الناتجة من قياسات ميدانية في العالم الحقيقي. تمت التحقيقات والمقارنات بين هذين النوعين من القنوات اللاسلكية (المحاكاة والحقيقية) في بيئة معالجة مماثله للجيل الرابع المتقدم للاتصالات الخلوية والمعروف باسم التطور طويل الأمد المتقدم. أظهرت النتائج تطابق القنوات اللاسلكية المحاكاة بطريقة تتبع الشعاع مع القنوات المقاسة حقيقيا بنسبة 88 ٪ وذلك عندما تكون محطات الارسال للأنظمة التراسلية المتعاونة متعددة النقاط متباعدة. وجد بأن الاختلافات في النتائج تأتي من أخطاء الأجهزة الحقيقة أثناء القياسات الميدانيه من جهة ومن جهة أخرى بسبب نقص دقة مكونات الخرائط ثلاثية الأبعاد في بيئة المحاكاة بطريقة تتبع الشعاع. وجد أن الانظمة التراسلية المتعاونة متعددة النقاط تحقق مكاسب عالية في سرعة نقل البيانات بنحو 43 ٪ مقارنة بأنظمة الاتصالات التقليديه غير المتعاونة عندما تمت معالجة القياسات الميدانية، في حين انخفضت فائدة هذه الانظمة الى حوالي 18 ٪ عند معالجة القنوات اللاسلكية الناتجة بطريقة تتبع الشعاع. هذا الفرق يوضح أن المكاسب القادمة من القياسات الميدانيه التجريبية هي مبالغ فيها. اضافة تم معالجة القنوات اللاسلكية بطريقة الغاء التداخل المتعاقبة وقد تحسن الأداء بنحو 10 ٪ عند تحقيق ومقارنة قوة الاشارة المفيدة الى التداخل بالإضافة إلى نسبة الضوضاء . كان القنوات الميدانية تعطي مؤشرا أعلى بنسبة 10 ٪ مقارنة مع القيمه الحقيقية المقاسة بطريقة قيمة الخطأ الاتجاهي ، في حين كانت المعدلات لقنوات اللاسلكية بطريقة تتبع الشعاع حوالي 5 ٪. أظهرت التحليلات الهندسية أن التداخل المشترك بين الترددات هو من غير المحتمل حصوله بسبب المسافة القصيرة بين محطات الاستقبال (الخلايا) في الميدان وعلى غراره بيئة المحاكاة. على عكس القياسات الميدانية ، القنوات اللاسلكية بطريقة تتبع الشعاع تتميز بمعرفة حالتها بشكل تام وبالتالي لاتوجد حاجه لتقدير القنوات مما أدى إلى تبسيط دوائر معالجة الإشارات. هذا التبسيط زاد من دقة النتائج للقنوات اللاسلكية بطريقة تتبع الشعاع بنحو 5 ٪. هذه النتيجة أوضحت مدى دقة معالج تقدير القناة والمستخدم لكل من القنوات الميدانية والمحاكاة. اضافة الى ذلك من الممكن في المستقبل العمل على ضبط معالج تقدير القناة بحسب نوع بيئة الاتصال وعدد الهواتف الخلوية المستخدمه. نهاية تطرق البحث الى مقارنة بين نموذج محاكاة آخر مع نموذج طريقة تتبع الشعاع لمحاكاة القنوات اللاسلكية.ويسمى نموذج انتشار الموجات التجريبي. تم تلخيص هذين النموذجين وتم مناقشة مزايا وعيوب كل نموذج.

English Abstract

Coordinated Multi-Point (CoMP) Multiple Input Multiple Output (MIMO) transmission improves user’s coverage and data throughput particularly on the cell edges. Interference under CoMP is an advantage instead of being a disadvantage in traditional communication systems. In this work one of the world’s largest CoMP testbeds is modeled in a Ray Tracing (RT) simulator. The main contribution of this thesis is to evaluate how close RT simulations can predict end to end system performance compared to the real-world measured performance. Both measured and RT simulated channels are processed in an offline tool chain that represents a Long Term Evolution (LTE) Advanced (LTE-A) system. CoMP and conventional MIMO systems performances are evaluated and compared for measured and simulated channels. The results show that the RT matches the measurements for the inter-site CoMP scenario by 88%. The deviations come from real hardware errors and the shortage of very detailed 3D objects in the RT model. Field measurements rates show high CoMP gain by around 43%, while RT CoMP gain is around 18%. Successive Interference Cancellation (SIC) approach improves the performance by around 10% at low Signal to Interference plus Noise Ratio (SINR). Field measurements had 10% higher rates when using theoretical post-equalization schemes compared to Error Vector Magnitude (EVM) rates, while RT rates had around 5%. Geometrical analyses showed that an Inter-Carrier-Interference (ICI) is unlikely due to short inter-site distance in the testbed. Unlike field measurements, the RT Channel State Information (CSI) is known and therefore, channel estimation is eliminated for RT channels, which resulted in a low complexity CSI signal processing. This simplification increases RT accuracy by around 5%. These gave us confidence in the currently used channel estimator and open a door to investigate deeper in the future in tuning the estimator based on channels type and number of mobiles. The research covered analyses of Empirical Propagation Model (EPM) compared to RT model and discuss the advantages and disadvantages of each model.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Engineering Electrical
Department:	College of Engineering and Physics > Electrical Engineering
Committee Advisor:	Landolsi, Mohamed Adnan
Committee Co-Advisor:	Zummo, Salam Adel
Committee Members:	Kousa, Maan Abdulgader and Al-Ghadhban, Samir and Mesbah, Wessam
Depositing User:	AMRO MOHAM HASAN (g200603060)
Date Deposited:	06 Feb 2014 04:56
Last Modified:	01 Nov 2019 15:41
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/139098

Available Versions of this Item

• Ray-Tracing Wireless Channel Modeling and Verification in CoMP Systems. (deposited 06 Feb 2014 04:56) [Currently Displayed]