16401

16401

بهينه سازي بازدهي انرژي مجموع در سيستم هاي چند ورودي و چند خروجي چند سلولي با استفاده از شكل دهي پرتو سه بعدي

كارشناسي ارشد

مخابرات سيستم

اسفند 1394

دكتر سيد محمد رضوي زاده

برق

در اين پاياننامه راهكارهايي براي استفاده از فناوري شكلدهي پرتو سهبعدي در ارتباط فروسو در سيستمهاي چند ورودي-چند خروجي چند كاربره چند سلولي داراي مشاركت بين ايستگاههاي پايه، تحت دو حالت متفاوت از نقطه نظر دسترسي به اطلاعات كانال كاربران در ايستگاه پايه معرفي شده است. در حالت اول، هر ايستگاه پايه به طراحي هم زمان بردار پيشكدگذار و همچنين شكلدهي پرتو سه‌بعدي( يا همان تنظيم زاويهي آرايهي ايستگاه پايه) ميپردازد. براي رسيدن به اين هدف، الگوريتمي تكراري ارائه ميشود كه از طريق معرفي ضرايب جديد در مسالهي اصلي بهينهسازي و با استفاده از ارتباط بين نرخ و حداقل خطا در تشخيص سمبل كاربران، قادر به شكستن مساله كلي به چند مساله سادهتر است كه هر مساله در ايستگاه پايهي مربوط به خود قابل حل است. در حالت دوم با توجه به در اختيار بودن تنها اطلاعات بلند مدت كانال كاربران، شامل افت مسير و زاويهي بين آرايهي هر ايستگاه پايه و كاربران سلولها، الگوريتمي ارائه ميشود كه يك شاخص عملكردي ارگوديك حاصل از ميانگينگيري بر روي تحققهاي مقياس كوچك كانال را بهينهسازي ميكند. در اين حالت از بردارهاي پيشكدگذار صفر اجباري استفاده شده است و شاخص عملكردي در حقيقت كران پايين مجموع بازده انرژي ارگوديك است. در اين حالت زاويهي آرايه‌ي ايستگاه پايه هر سلول و توان ارسالي براي هر كاربر در سلول بهينه سازي ميشود. براي حل مساله نيز تقريبهايي در نظر گرفته مي‌شود كه بتوان با استفاده از يك الگوريتم تكراري با استفاده از روشهاي بهينهسازي محدب مساله را حل كرد. به عنوان مثال براي مقايسه روش ارائه شده با حالتي كه بهره آرايه همه سو يكسان است، در حالتي كه اطلاعات كامل كانال در اختيار باشد براي مقادير نوعي استاندارد شبكه‌هاي سلولي، نتايج شبيهسازي كامپيوتري نشان ميدهد كه در نسبتهاي سيگنال به نويز پايين مجموع بازده انرژي بيشتر از 15 درصد و در نواحي سيگنال به نويز بالا تا بيش از 40 در صد نسبت به حالت آرايه آنتن با بهره همه سو يكسان بهبود مييابد. در حالت ارگوديك، ميزان بهبود حاصل از اين روش در مجموع بازده انرژي شبيه به حالت قبل با افزايش سيگنال به نويز از 10 تا 30 درصد افزايش مييابد. واژه هاي كليدي: بهينه سازي مصرف انرژي ، شبكه هاي چند سلولي، سيستم چند-ورودي و چند-خروجي، شكلدهي پرتو سهبعدي، زاويهي آرايهي آنتن،مجموع بازده انرژي لحظهاي، مجموع بازده انرژي ارگوديك، بهينه سازي محدب.

1395/11/05

3/21/2018 12:00:00 AM

This thesis presents solutions for using three dimensional beamforming (3DBF) in downlink of multi-cell multi-user multiple input multiple output (MU-MIMO) systems with cooperation between base stations under two different scenarios from the channel state imformation (CSI) availability point of view. In first scenario perfect CSI is available at transmitter. Each base station designs precoding vectors an​d performs 3DBF (also known as tilt angle adaptation). For achieving this goal an iterative algorithm is presented which introduces new coefficients in main objective function an​d by utilizing the relation between Minimum Mean Square Error of estimating symbols in user’s receiver an​d rate of the user, splits main objective to some simpler problems. Each derived problem can be solved in its own base station separately. In second scenario base stations only have access to long term channel state information of user’s which includes pathloss an​d angle of each user equipment with antenna array of base stations. Then an algorithm is represented that maximizes an ergodic utility of user’s rate which is averaged over small scall fading realization of channels. In this case zero forcing beamfotming (ZFBF) vectors are used an​d egodic utility function is a lower bound on the sum rate of whole users in network. Optimization variables are allocated power to each user an​d tilt angle of antenna array of base stations. Some approximations are introduced to problem which make it possible to present an iterative algorithm to solve problem. For instance an​d comparison of proposed method versus omnidirectional antenna array case with typical simulation setup, in first scenario computer simulations shows about 15% gain in sum energy efficiency for low transmit signal to noise ratio (SNR) region while this gain increases up to 40% for high transmit SNR region. For second scenario similar to first case gain achieved in energy efficiency increases from 10% to 30% by increasing available transmit power at each base station. Keywords: Multi-cell network, multiple input multiple output system, 3D beamforming, array tilt angle, total instantaneous energy efficiency, total ergodic energy efficiency, convex optimization.