22074

تخصيص توان كارامد از حيث انرژي در ارتباط فراسوي چندورودي - چندخروجي انبوه موج ميليمتري با همياري دستيابي چندگانه غير متعامد

كارشناسي ارشد

مخابرات ـ سيستم

1399/2/31

دكتر بهمن ابوالحسني

دكتر سيدمحمد رضوي زاده

برق

تحقيقات بر روي نسل پنجم شبكه‌هاي بي‌سيم (5G) تحقيقات زيادي را در محيط‌هاي علمي و صنعتي به سمت خود جلب نموده است. انتظار مي‌رود كه شبكه‌ي 5G ظرفيت شبكه‌هاي فعلي را تا 1000 برابر افزايش دهد. اين افزايش ظرفيت مشكل مصرف زياد انرژي را به دنبال دارد. بنابراين ارائه راه‌حل‌هاي تخصيص توان كه از نظر انرژي كارامد هستند و در عين حال نيازمندي‌هاي تكنيكي را برآورده مي‌كنند اهميت زيادي دارد. افزايش ظرفيت سيستم مخابراتي بي‌سيم به ميزان زيادي به كارايي طيفي و پهناي باند بستگي دارد. از آنجايي كه باند فركانسي موج ميلي‌متري (mmWave) پهناي باند بسيار زيادي را در دسترس شبكه‌هاي مخابراتي قرار مي‌دهد به عنوان تكنيكي نويدبخش در شبكه‌هاي بي‌سيم 5G مد نظر گرفته است. از سوي ديگر، تكنيك چندورودي – چندخروجي انبوه (mMIMO) كه تطابق بالايي با فركانس‌هاي موج ميلي‌متري دارد براي بهبود كارايي طيفي 5G مورد توجه زيادي قرار گرفته است. براي افزايش بيشتر كارايي طيفي مي‌توان شيوه‌ي دستيابي چندگانه غير متعامد (NOMA) را با mmWave mMIMO ادغام كرد. NOMA با كمك كدگذاري برهم‌نهي (SC) و حذف تدريجي تداخل (SIC) امكان پشتيباني بيش از يك كاربر در هر پرتو را فراهم مي‌سازد. با توجه به موجود نبودن اطلاعات وضعيت كانال (CSI) در سيستم‌هاي عملي، در نظر گرفتن خطاي تخمين كانال و دخيل كردن آن در روابط ظرفيت قابل دستيابي كاربران اهميت به‌سزايي در تحليل عملكرد سيستم دارد. در اين پايان‌نامه فراسوي يك سيستم mmWave mMIMO-NOMA در نظر گرفته شده است و با در نظر گرفتن خطاي تخمين كانال، يك رابطه فرم‌بسته براي نرخ مجموع كاربران در هر خوشه استخراج شده است. در ادامه، يك الگوريتم دولايه‌ي تخصيص توان جهت بيشينه‌سازي بازدهي كارايي انرژي معرفي شده است. نتايج شبيه‌سازي نشان مي‌دهد كه الگوريتم پيشنهادي نسبت به خطاي تخمين كانال مقاوم است و عملكرد مناسبي از خود نشان مي‌دهد. به عنوان مثال، به ازاي خطاي تخمين كانال 30%، افت بازدهي كارايي انرژي سيستم در حدود 30% خواهد بود.

1399/04/22

Energy-Efficient Power Allocation in Uplink mmWave Massive MIMO with NOMA

5/20/2020 12:00:00 AM

Researches on the 5th generation of wireless networks (5G) have attracted much attention in academic and industrial environments. The 5G network is expected to increase the capacity of current networks by 1000 times. This increase in capacity causes the high energy consumption problem. Thus, it is important to provide power allocation solutions that are energy-efficient and meet technical requirements. Increasing the capacity of the wireless telecommunication system is largely dependent on spectral efficiency and bandwidth. Since the millimeter ware frequency band (mmWave) provides a hgue bandwidth available to the communication networks, it has been considered as a promising technique in 5G wireless networks. On the other hand, the Multi-Input Multi-Output (MIMO) technology which is very in line with mmWave frequencies has been considered to improve spectral efficiency. To further increase the spectral efficiency, research has been done on the integration of NOMA with mmWave mMIMO. NOMA can support more than one user per beam with the aid of Superposition Coding (SC) and Successive Interference Cancellation (SIC), which is quite different from the traditional mmWave mMIMO, in which one beam is used to support only one user at the same time-frequency resources. Due to the lack of full CSI in practical scenarios, it is important to consider the channel estimation error and involve it in capacity and EE expressions to better analyze the system performance. In this thesis, we assume an uplink mmWave mMIMO-NOMA system and derive a closed-form expression for clusters uplink sum-rate. Besides, a two-layer power allocation algorithm which maximizes the EE. Simulation results show that the proposed algorithm is robust against the channel estimation error and achieves better performance rather than other algorithms. For example, with having 30% channel estimation error, the energy-efficiency drop with the proposed algorithm would be only about 30%.