28847

دسترسي تصادفي و تخصيص پايلوت در سيستم هاي چند ورودي چند خروجي انبوه در سناريوهاي پرازدحام

دكتري

مهندسي برق

1395

1402/6/20

دكتر وحيد طباطباوكيلي

برق

در سيستم هاي چند ورودي چند خروجي انبوه، آنچه سيگنال هاي انتقال داده كاربران مختلف را تفكيك پذير مي نمايد استفاده از پايلوت هاي منحصربه فرد و متعامد براي هر كاربر فعال است. با توجه به محدوديت در تعداد پايلوت هاي متعامد در يك دوره همدوسي و همچنين براي دوري از آلودگي پايلوت درون سلولي، بايد تعداد كاربران را از تعداد پايلوت هاي متعامد كمتر در نظر بگيريم. اما آنچه در سناريوهاي نسل پنجم و بالاتر شبكه هاي سلولي مانند ارتباطات نوع ماشين انتظار مي رود افزايش تعداد كاربران متصل به شبكه خواهد بود . لذا محدوديت مذكور، استفاده از فناوري چند ورودي چند خروجي انبوه در سناريوهاي پرازدحام را تبديل به چالشي بزرگ مي نمايد.در اين رساله با در نظر گرفتن تنكي ذاتي كانال هاي چند ورودي چند خروجي انبوه دربعد زاويه اي، رويكرد جديدي از دسترسي تصادفي به پايلوتهاي متعامد بر مبناي ويژگي هاي فضايي كاربران در سناريوهاي پرازدحام پيشنهاد شده است . در طرح اول، خصوصيات فضايي پايلوت هاي ارسالي كاربران فعال با كمك تكنيك حسگري فشرده بدست مي آيد كه بر مبناي آن دسترسي تصادفي به پايلوتهاي متعامد صورت مي گيرد. اين رويكرد اجازه مي دهد تا يك پايلوت متعامد به بيش از يك كاربر غير همپوشان در حوزه فضايي براي انتقال همدوس داده ها، اختصاص داده شود. با بكارگيري اين رويكرد در پروتكل جديد پيشنهادي ، محدوديت تعداد كاربران همزمان پذيرفته شده در سناريوهاي پرازدحام سيستم هاي چند ورودي چند خروجي انبوه تا حد زيادي حل گردد. ازآنجاييكه زواياي ورود مسيرهاي انتشاري هر كاربر فعال مقادير پيوسته اي دارد و در كنار يكديگر يك ساختار بلوكي تنك را تشكيل مي دهند. براي بهره برداري از اين ويژگي ، يك الگوريتم كور مبتني بر تكنيك هاي سوپررزولوشن )نرم اتميك(در طرح دوم پيشنهاد شده است كه نه تنها ويژگي هاي فضايي كاربران فعال را شناسايي مي كند، بلكه تخمين كانال و آشكارسازي كاربران فعال را نيز انجام مي دهد. با شناسايي زاويه ورود و خوشه بندي انجام شده كاربران فعال در يك سلول شناسايي مي گردند و برمبناي پروتكل پيشنهادي به آنها پايلوت متعامد براي انتقال همدوس تخصيص داده مي شود . از طرح هاي نوين در اين رساله مي توان در دسترسي تصادفي به پايلوتها) چه در حالت RAPو چه در حالت RAPidدر سيستم هاي چند ورودي چند خروجي انبوه پرازدحام ( براي كاربرد هاي مخلف نسل 5شبكه هاي سلولار از جمله cMBBو mMTCيا اينترنت اشيا مي توان بهره برد

1402/07/19

Random Access to Pilots and pilot allocation in crowded massive MIMO systems

1/1/1900 12:00:00 AM

In massive MIMO systems, what makes the transmitted data signals of different users distinguishable, is the use of unique and orthogonal pilots for active users. Due to the limitation in the number of orthogonal pilots in a coherence time and also to avoid the intra-cell pilot contamination, we should consider the number of users less than the number of orthogonal pilots. But what is expected in the scenarios of the fifth generation and higher cellular networks, such as machine-type communication, is having huge number of connected active users. Therefore, the aforementioned limitation makes the use of “massive MIMO” technology to a big challenge in crowded scenarios. In this thesis, considering the inherent sparsity of massive MIMO channels in the angular domain, a new approach of random access to pilots (RAP) based on the spatial characteristics of active users is proposed in crowded scenarios of massive MIMO systems. In the first scheme, the spatial characteristics of the pilots sent by active users are obtained using a ”compress sensing” technique based on random access to orthogonal pilots.This approach allows an orthogonal pilot to be assigned to more than one non-overlapping user in the spatial domain for coherent transmission.By using this approach in the proposed new protocol, the limitation of the number of simultaneous users admitted in crowded scenarios of massive MIMO systems can be somewhat solvable. Since the entrance angles of the propagation paths of each active user have continuous values and they form a block sparse structure. In order to take advantage of this feature, a blind algorithm based on super-resolution techniques (atomic soft) is proposed in the second plan, which not only identifies the spatial features of active users, but also performs channel estimation and detection of active users. By identifying the entry angle and clustering done, active users are identified in a cell and based on the proposed protocol, they are assigned an orthogonal pilot for coherent transmission. One of the new designs in this treatise can be used in random access to pilots (both in RAP or RAPid modes in crowded massive MIMO systems for overloaded applications of the 5th generation of cellular networks, including cMBB and mMTC or Internet of Things.

سيستم هاي چند ورودي چند خروجي انبوه , دسترسي تصادفي به پايلوتها , تصادم پايلوتها , آلودگي پايلوتها , حسگري فشرده , تخصيص پايلوت ها بر مبناي تفكيك فضايي

massive MIMO systems , random access to pilots , collision of pilots , pilot polloution , allocation of pilots based on spatial resolution , compress sensing

Abolghasem Afshar

Vahid Tabataba Vakili