Space-Time Processing Applications for Wireless Communications

Document type: Dissertations
Full text:
Author(s): Tommy Hult
Title: Space-Time Processing Applications for Wireless Communications
Series: Blekinge Institute of Technology Doctoral Dissertation Series
Year: 2008
Issue: 12
Pagination: 213
ISBN: 978-91-7295-146-4
ISSN: 1653-2090
Publisher: Blekinge Institute of Technology
City: Karlskrona
Organization: Blekinge Institute of Technology
Department: School of Engineering - Dept. of Signal Processing (Sektionen för teknik – avd. för signalbehandling)
School of Engineering S- 372 25 Ronneby
+46 455 38 50 00
http://www.tek.bth.se/
Authors e-mail: tommy.hult@bth.se
Language: English
Abstract: Wireless mobile communication networks are rapidly growing at an incredible rate around the world and a number of improved and emerging technologies are seen to be critical to the improved economics and performance of these networks. The technical revolution and continuing growth of mobile radio communication systems has been made possible by extraordinary advances in the related fields of digital computing, high-speed circuit technology, the Internet and, of course, digital signal processing. Improved third generation (3G) and future generation wireless communication systems must support a substantially wider and enhanced range of services with respect to those supported by second generation and basic 3G systems. The never-ending quest for such personal and multimedia services, however, demands technologies operating at higher data rates and broader bandwidths. This combined with the unpredictability and randomness of the mobile propagation channel has created many new technically challenging problems for which innovative, adaptive and advanced signal processing techniques may offer new and better solutions.

Space-time processing techniques have emerged as one of the most promising areas of research and development in wireless communications for the efficient utilization of the physical mobile radio propagation channel. Space-time processing signifies the signal processing performed on a system consisting of several antenna elements, whose signals are processed adaptively in order to exploit both the spatial (space) and temporal (time) dimensions of the radio channel. This can significantly improve the capacity, coverage, quality and energy efficiency of wireless systems.

This thesis expands the scope of space-time processing by proposing novel applications in wireless communication systems. These include the reduction of possibly harmful electromagnetic radiation from mobile phones, enhancing the quality of Bluetooth links in indoor office environments, increasing the spectral efficiency of satellite and the novel high altitude platforms (HAPs) communication systems, enhancing the coverage and capacity of integrated multiple-HAP 3G systems, and improving the energy efficiency of cooperative wireless sensor networks. The performance of these systems is assessed by theoretical analysis, by computer simulations under a range of propagation environments including realistic channel models, advanced commercial electromagnetic modeling software, and a proposed novel multi-channel simulator suitable for various space-time applications.
Summary in Swedish: Trådlösa mobila telekommunikationsnätverk är ett mycket snabbt växande teknikområde över hela världen och det har framkommit en stor mängd förbättringar och nya teknologier och blir allt viktigare för kostnaden och prestandan i dessa nätverk. Den tekniska revolutionen och fortsatta tillväxten inom mobila radiosystem har möjliggjorts genom stora framsteg inom närliggande områden så som digitala processorer, höghastighetskretsar, internet, och digital signalbehandling. Tredje generationens och framtida generationers mobiltelefonisystem måste stödja en avsevärt bredare och större mängd mobila tjänster med avseende på de som stöds av andra och tredje generationens mobila telekommunikationssystem. Detta strävande efter nya personliga och multimediala tjänster kräver dock teknologier som arbetar vid högre datahastigheter och större bandbredder. Detta kombinerat med oförutsägbarheten och slumpmässigheten i mobila radiokanaler har skapat många nya tekniskt utmanande problem för vilka det behövs innovativa, förändringsbara och avancerade signalbehandlingstekniker för nya och bätter lösningar. Signalbehandlig som utförs både i rum och tid har tagits fram som en av de mest lovande forsknings- och utvecklingsområdena inom trådlös kommunikation genom ett effektivt utnyttjande av den fysiska miljön som radiovågorna utbreder sig i. Signalbehandling i rum och tid betyder att signalbehandlingen utförs på system med flera antennelement, vars signaler behandlas dynamiskt för att kunna utnyttja rums- och tidsdimensionerna i radiokanalen. Detta kan ge en avsevärt förbättrad datakapacitet, bättre täckningsområde samt bättre kvalitet och energieffektivitet hos trådlösa system. Denna avhandling utökar synen på signalbehandling i tid och rum genom att föreslå nya användningsområden inom trådlösa kommunikationssystem. Dessa inkluderar reduktion av möjligen skadlig elektromagnetisk strålning från mobiltelefoner, förbättrad kvalitet på radiosystem för korta avstånd i inomhusmiljö, ökad datakapacitet för kommunikationssystem över satellit och höghöjdsplatformar, förbättrad täckning och datakapacitet för 3G system ombord på höghöjdsplattformar samt förbättrad energieffektivitet hos trådlösa sensornätvärk. Prestandan i dessa system utvärderas genom teoretisk analys , datorsimuleringar i en mängd olika radiomiljöer inklusive realistiska kanalmodeller, avancerad elektromagnetisk modellering, samt en nyutvecklad fler-kanalssimulator passande för olika applikationer av signaler i rum och tid.
Subject: Telecommunications\General
Signal Processing\General
Signal Processing\Beamforming
Keywords: Space-Time Processing, Polarization, MIMO, Diversity, HAP
URN: urn:nbn:se:bth-00418
Edit