19133

۱۹۱۳۳

مكان هاي بهينه آنتن ها براي سيستم هاي چند ورودي-چند خروجي انبوه توزيع شده با طرح آنتني تصادفي

كارشناسي ارشد

مخابرات سيستم

۱۳۹۴-۱۳۹۷

۱۳۹۷/۱/۲۷

دكتر بهمن ابوالحسني

برق

نسل پنجم (5G) شبكه‌هاي موبايل به‌منظور پشتيباني از حجم عظيم ترافيك داده، با هدف افزايش بازدهي طيفي، كاهش مصرف انرژي، بهبود كيفيت سرويس‌دهي و كاهش تداخل پيش‌بيني‌شده است. براي اين منظور، فن آوري‌هاي كليدي اي نظير شبكه‌ هاي چند ورودي-چند خروجي انبوه، شبكه‌هاي ناهمگون، شبكه‌هاي برداشت انرژي و تكنيك‌هاي موج ميلي‌متري براي تحقق نسل پنجم شبكه‌هاي موبايل درنظرگرفته شده‌اند. با افزايش روزافزون ترافيك داده، شبكه‌هاي سلولي مرسوم با ناحيه‌ي پوشش دهي وسيع، جهت پاسخگويي به نياز كاربران كافي نيستند. ازاين‌رو، براي حل اين مسئله از شبكه‌هاي چند ورودي-چند خروجي انبوه كه آرايه اي از آنتن ها در ايستگاه پايه به كارگرفته مي شود، استفاده خواهد شد. اين پياده سازي در دو طرح متفاوت: سيستم آنتني متمركز، يا سيستم آنتني توزيع شده قابل انجام است. طرح آنتني توزيع شده، مزايايي مانند كاهش توان ارسالي، فاصله دسترسي كوتاه تر، كاهش تداخل هم كانال، چندگانگي كلان، افزايش بازدهي طيفي و ناحيه پوشش دهي را ارائه مي كند. عليرغم مزاياي فوق، تحليل رياضي و گسترش فيزيكي آن در عمل، بدليل مساله چالش برانگيز تعيين مكان بهينه هر يك از آنتن هاي توزيع شده ايستگاه پايه، بسيار سخت است. اين پايان نامه، به تعيين مكان بهينه آنتن هاي توزيع شده در شبكه‌ هاي چند ورودي-چند خروجي انبوه مي پردازد. نوآوري پايان نامه، بهينه سازي مكان آنتن ها در يك سيستم با طرح آنتني تصادفي است؛ بدين معني كه آنتن ها مي توانند در هر مكاني در منطقه سرويس دهي قرار گيرند. در حاليكه در كارهاي گذشته، آنتن هاي ايستگاه پايه تنها بر روي يك دايره به شعاع بهينه r_a (سيستم آنتني توزيع شده با طرح آنتني مدوّر) توزيع شده¬اند. در اين راستا، ابتدا به تحليل رياضي متوسط بازدهي طيفي مجانبي در شبكه هاي چند ورودي-چند خروجي انبوه توزيع شده با طرح آنتني تصادفي پرداخته خواهد شد. سپس، يك روش پيشنهادي براي تعيين مكان بهينه آنتن ها ارائه و ارزيابي گرديده است. در روش پيشنهادي تعيين مكان بهينه آنتن ها از الگوريتم طراحي كتاب كُد در كوانتيزاسيون برداري، الهام گرفته شده است. نتايج شبيه سازي نشان مي دهد كه مدل پيشنهادي معتبر بوده و در محيط هاي انتشار ناهمگن عمومأ عملكرد بهتري (بهبود بازدهي طيفي) از مدل سيستم آنتني متمركز و سيستم آنتني توزيع شده با طرح آنتني مدوّر دارد. واژه‌هاي كليدي: شبكه‌ هاي چند ورودي-چند خروجي انبوه، سيستم آنتني متمركز، سيستم آنتني توزيع شده، طرح آنتني مدوّر، طرح آنتني تصادفي، الگوريتم طراحي كتاب كُد.

1397/04/10

Optimal Locations of Antennas for Distributed Massive MIMO Systems With Random Antenna Layout

7/1/2018 12:00:00 AM

This paper focuses on determining optimal locations of antennas distributed in a massive multi-input multi-output (Ma-MIMO) network with random antenna layout (RLA). The innovation of this paper is to optimize locations of all antennas of a cell so that each antenna can be located in any location within a circular cell. The proposed location strategy maximizes the upper bound of Average Asymptotic Spectral Efficiency (in bits/s/Hz). To do this, we propose Code Book Design Algorithm (CBDA), and we compare its performance with that of a Circular Antenna Layout (CAL) in which the same number of antennas located on an optimal circle within a cell. Simulation results show that the proposed method is suboptimal, however, it significantly improves spectral efficiency compared with that of a CAL.