Аспекты физического уровня беспроводных трансиверов LoRa и полнодуплексных систем

В настоящее время беспроводная связь сталкивается с двумя основными проблемами. Первая проблема обусловлена огромным количеством устройств Интернета вещей (IoT), передающих очень небольшие объемы данных. Вторая проблема связана с необходимостью постоянно повышать скорости передачи данных, требуемые пользователями мультимедийных сервисов, а также обеспечивать чрезвычайно малую задержку, необходимую в таких развивающихся приложениях, как автономные транспортные средства и дополненная реальность. В данной диссертации рассматриваются важные аспекты физического уровня (PHY), которые недостаточно подробно проанализированы в существующей литературе и изучение которых может способствовать решению упомянутых проблем. Сети дальней связи с низким энергопотреблением (LPWAN) составляют значительную часть Интернета вещей. По причинам энергоэффективности большинство технологий LPWAN используют некоординированные схемы доступа к каналу, что приводит к коллизиям. По мере увеличения числа устройств эта проблема усугубляется, ставя под угрозу масштабируемость LPWAN, поскольку такие сети становятся ограниченными помехами. Для оценки и обеспечения масштабируемости LPWAN в первой части диссертации проводится всесторонний анализ характеристик одной из важнейших технологий LPWAN, а именно LoRa. Анализируется работа LoRa в условиях помех, выводятся выражения, а также высокоточные малоёмкие приближения для вероятности ошибки LoRa в случаях с кодированием и без него, а также при наличии частотного сдвига несущей (CFO). Кроме того, предлагается и анализируется когерентная демодуляция LoRa в условиях помех как возможное усовершенствование приемника для сценариев с коллизиями. Наконец, создается совместимый со стандартом прототип программно-определяемого радио (SDR) физического уровня LoRa на базе GNU Radio, который может использоваться для измерения характеристик физического уровня LoRa. Вторая часть диссертации посвящена полнодуплексным радиосистемам, обеспечивающим одновременные передачу и прием в одном и том же диапазоне частот и предлагаемым в качестве возможного решения проблемы ограничения пропускной способности приложений с высокой скоростью передачи данных. Однако полнодуплекс...