Use este identificador para citar ou linkar para este item:
http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/55752
Tipo: | Dissertação |
Título: | Matching strategies for multi-antenna arrays in single and multiuser scenarios |
Autor(es): | Vasconcelos, Thiago Azevedo de |
Orientador: | Nossek, Josef Anton |
Palavras-chave: | Circuitos de desacoplamento e de casamento.;Arranjos de multi-antenas;Capacidade ergódica;Acoplamento;Redes de computadores |
Data do documento: | 2020 |
Citação: | VASCONCELOS, Thiago Azevedo de. Matching strategies for multi-antenna arrays in single and multiuser scenarios. 2020. 111 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Teleinformática) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2020. |
Resumo: | Em sistemas de comunicações móveis modernos, arranjos de muitas antenas, espaçadas por centímetros ou milímetros, são visados para alcançar metas ambiciosas. Entretanto, as interações eletromagnéticas entre antenas pouco espaçadas num mesmo arranjo não são comumente consideradas na literatura, levando a modelos de sistemas de comunicação fisicamente inconsistentes. Nesse cenário, esta dissertação apresenta a teoria e a pesquisa por trás da computação das taxas e capacidades ergódicas de sistemas de comunicação multi-antena considerando o acoplamento mútuo entre as antenas. Para isso, a Multiport Communication Theory foi usada como o referencial teórico para modelar os sistemas de comunicação com multiportas da teoria de circuitos, as quais encapsulam os efeitos do acoplamento mútuo. Considerando esse efeito, dois sistemas foram modelados: um concebido empregando estratégias de desacoplamento e de casamento ótimas, por meio do uso de circuitos especializados, conectando amplificadores de alta potência e amplificadores de baixo ruído aos seus respectivos arranjos de antena, e outro concebido com uma estratégia sem desacoplamento e com casamentos sub-ótimos, usando uma conexão direta entre amplificadores e as antenas. Apesar de capazes de prover performance a nível da teoria da informação ao sistema com eles, circuitos de desacoplamento e de casamento têm grandes desvantagens ligadas à quantidade de elementos, todos reativos, compondo-os. Esses podem causar grandes perdas ôhmicas e limitações de banda em grandes números. Para a análise desses circuitos, as taxas e capacidades dos sistemas são investigadas em casos de banda estreita e larga. No primeiro, considera-se que os circuitos e as antenas operam na sua frequência de design e, assim, o potencial desses circuitos pode ser destacado comparado ao sistema sem eles. No último, os circuitos e as antenas operam em frequências diferentes da sua de design, destacando os efeitos da variação de frequência nas suas performances e no acoplamento mútuo. A partir esses casos, as taxas totais ergódicas dentro de diferentes bandas são calculadas para um sistema exemplar, a fim de introduzir os conceitos de bandas ótima e crítica, figuras de mérito que podem ajudar a determinar se o ganho de capacidade trazido pelos circuitos de desacoplamento e de casamento compensa a sua complexidade e tudo o que acarreta em termos de limitações (efeitos parasíticos). Em última análise, um dos objetivos principais desta dissertação é invocar a importância de considerar o acoplamento mútuo entre antenas pouco espaçadas |
Abstract: | In modern mobile communication systems, arrays of many antennas, spaced in centimeters or millimeters, are sought to reach ambitious goals. However, the electromagnetic interactions between closely spaced antennas in the same array are usually not taken into consideration in the literature, leading to physically inconsistent communications systems models. In this scenario, this thesis presents the theory and the research behind the computation of the ergodic rates and capacities of multi-antenna communication systems accounting for the mutual coupling between the antenna elements. For this end, the Multiport Communication Theory was used as the theoretical framework to model the communication systems with circuit theoretic multiports, which encapsulate the effects of mutual coupling. Considering this effect, two systems were modelled: one conceived employing optimal decoupling and matching strategies through the use of specialized networks connecting high-power amplifiers and low-noise amplifiers to their respective antenna arrays, and the other conceived with no decoupling and a sub-optimal matching strategy using a direct connection between amplifiers and the antennas. Although capable of providing information theoretic level of performance to the system with them, decoupling and matching networks have major disadvantages related to the quantity of elements, all reactive, composing them. The elements can cause big Ohmic losses and frequency band limitations for large numbers of them. For the analysis of these networks, the systems’ rates and capacities are investigated in narrow and wideband cases. In the former, the networks and the antenna elements are considered to operate at their design frequency and, as such, the potential of these networks can be highlighted compared to the system without them. In the latter, the networks and the antenna elements operate in a frequency different from their design frequency, highlighting the effects of frequency variation in their performance and in the mutual coupling. Following these simulation cases, the total ergodic rates inside different bands of frequency are computed for one exemplary system to introduce the concept of optimal and critical bands, figures of merit that can help to determine whether or not the capacity gain brought by decoupling and matching networks is worth their complexity and everything it entails in terms of limitations (parasitics). Ultimately, one of the main goals of this thesis is to invoke on the importance of taking the mutual coupling between closely spaced antennas into account. |
URI: | http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/55752 |
Aparece nas coleções: | DETE - Dissertações defendidas na UFC |
Arquivos associados a este item:
Arquivo | Descrição | Tamanho | Formato | |
---|---|---|---|---|
2020_dis_tavasconcelos.pdf | 1,22 MB | Adobe PDF | Visualizar/Abrir |
Os itens no repositório estão protegidos por copyright, com todos os direitos reservados, salvo quando é indicado o contrário.