การวิเคราะห์สมรรถนะของการตรวจวัดแถบความถี่ในระบบสื่อสารไร้สาย

Abstract

ปัญหาการจางหายของสัญญาณและการขาดแคลนแถบความถี่เป็นสาเหตุหลักของการลดประสิทธิภาพในระบบสื่อสารไร้สาย ไดเวอร์ซิตี้เป็นวิธีที่นำมาใช้เพื่อขจัดผลกระทบจากการลดทอนของสัญญาณหลายเส้นทางและลดผลกระทบอันเกิดจากสัญญาณรบกวนในช่องสัญญาณร่วม แม็กซิมัลไดเวอร์ซิตี้ ได้ถูกนำมาใช้ในทางปฏิบัติเนื่องจากสามารถให้ค่าอัตราส่วนสัญญาณข้อมูลต่อสัญญาณรบกวนสูงสุด วิทยานิพนธ์นี้นำเสนอการวิเคราะห์สมรรถนะของระบบสื่อสารไร้สายโดยวิธีแม็กซิมัลไดเวอร์ซิตี้ในช่องสัญญาณการลดทอนของสัญญาณหลายเส้นทางที่ไม่ใช่การแจกแจงแบบเกาส์ โดยนำกระบวนการสุ่มแบบนาคากามิมาสร้างแบบจำลองช่องสัญญาณ จุดเด่นสำคัญของกระบวนการนาคากามิ คือ มีคุณสมบัติครอบคลุมกระบวนการสุ่มแบบเกาส์ ยิ่งไปกว่านั้น ปัญหาของการตรวจหาผู้ใช้แถบความถี่ในช่องสัญญาณไร้สายได้ถูกนำมาพิจารณาร่วมกับการใช้ไดเวอร์ซิตี้เทคนิค รวมถึงได้นำเสนอวิธีการแม็กซิมัลไดเวอร์ซิตี้ในการตรวจวัดพลังงานเพื่อเพิ่มความน่าเชื่อถือให้กับการตรวจวัดแถบความถี่และสัญญาณที่ได้รับ ในกระบวนการตรวจหาสัญญาณที่นำเสนอจะทำการรวมสัญญาณที่ภาครับและส่งเข้าไปที่ตัววัดพลังงาน ผลการวิเคราะห์สมรรถนะ แสดงผลด้วยค่าความน่าจะเป็นของสัญญาณขาดหาย ค่าความน่าจะเป็นของความผิดพลาดและความน่าจะเป็นในการตรวจพบสัญญาณ สามารถแสดงให้เห็นว่าการแจกแจงแบบนาคากามิสามารถนำมาใช้เป็นแบบจำลองของสภาพแวดล้อมที่มีการลดทอนในระบบสื่อสารไร้สาย โดยถือเป็นกรณีพิเศษของกระบวนการสุ่มอีกด้วย นอกจากนั้น ผลการทดสอบแสดงให้เห็นว่ากระบวนการตรวจวัดสัญญาณที่นำเสนอให้ผลดีกว่าวิธีการแบบดั้งเดิม

Multipath fading and spectral scarcity are the main causes of performance degradation of wireless communication systems. Antenna diversity is commonly used to combat the effect of multipath fading and reduces the impact of co-channel interference. The maximal ratio combining technique (MRC), which maximizes the output signal-to-noise ratio (SNR), is generally employed. This thesis proposes the performance evaluation of wireless communication systems employing the MRC technique in a non-Gaussian multipath fading environment by modeling multipath fading channels as Nakagami-m fading. The main prominence of the Nakagami distribution is that it covers all Gaussian-like properties. Furthermore, the problem of detecting a primary user signal over a wireless channel is considered. We explore the use of multiple antennas in a detection method. We also propose MRC technique based on energy detection, in order to improve reliability of spectrum sensing and signal receives. In this detection method, the multiple signal at the antennas of the receiver are combined and input to an energy detector. The analytical expressions derived for the outage probability, probability of error, and probability of detection are provided. It can be shown that Nakagami can be generally modeled the fading environment in wireless communication systems and also includes Gaussian environment as its special case. In addition, the results show the performance enhancement of the proposed spectrum sensing method over the conventional ones.