22466

تحليل كارايي انرژي و پوشش در سيستم هاي انبوه آنتني

دكتري

مخابرات سيستم

92-93

1398/11/29

دكتر سيد محمد رضوي زاده

دكتر تامي اسونسن

برق

با توجه به گسترش روز افزون استفاده از شبكه هاي مخابراتي، افزايش ظرفيت و نرخ در اين شبكه ها بيش از بيش در نسل هاي آتي اهميت پيدا مي كنند. يكي از مهم ترين ابزارهايي كه اخيرا براي افزايش كارايي پيشنهاد شده است استفاده از سيستم هاي انبوه آنتني است. اما ميزان مورد انتظار براي افزايش نرخ و ظرفيت در نسل هاي بعدي سيستم هاي مخابراتي صرفا با افزايش تعداد آنتن ها ميسر نمي شود و بنظر ناگزير از استفاده از سيستم هاي موج ميلي متري در كنار آنها هستيم. اكثر پژوهش هاي قبلي ارتفاع كاربران را ناديده گرفته اند، در صورتي كه در عمل كاربران مي توانند در ارتفاع هاي مختلفي قرار بگيرند. در اين رساله به اثر ارتفاع و همچنين استفاده از شكل دهي پرتوي سه بعدي (استفاده از تنظيم زاويه ي شيب( با استفاده از ابزار هندسه ي تصادفي و در نظر گرفتن كارايي انرژي و پوشش در سيستم هاي انبوه آنتني مي پردازيم. ابتدا به بررسي اثر عدم هم ترازي پرتو بين فرستنده و گيرنده در سيستم هاي موج ميلي متري پرداخته و مشاهده مي شود كه با استفاده از مشاركت ايستگاه هاي پايه، مي توان كارايي مشابه حالت هم ترازي پرتو بدست آورد. در ادامه سيستم موج ميلي متري با در نظر گرفتن اثر شكل دهي پرتو و اثر مانع شدگي در دو سناريوي شبكه ي همگن و ناهمگن مطالعه مي شود. مشاهده مي شود بهينه سازي زاويه ي شيب در هر دو سناريو بسيار پيچيده است و در اين راستا روش با پيچيدگي كم كه كارايي نزديك به كارايي بهينه دارد براي هر دو سناريو پيشنهاد و در نتايج عددي صحت عملكرد آن بررسي مي شود. در ادامه اثر شكل دهي پرتوي سه بعدي با در نظر گرفتن ارتفاع متغير كاربران مطالعه مي شود. براي اين منظور ابتدا در يك سيستم انبوه آنتني با در نظر گرفتن اثر آلودگي راهنما، بهينه سازي زاويه ي شيب براي بيشينه كردن پوشش پرداخته مي شود. مشاهده مي كنيم كه در نظر گرفتن ارتفاع كاربران و بهينه سازي زاويه ي شيب باعث بهبود قابل توجهي در كارايي و همچنين ناديده گرفتن آن منجر به افت كارايي حتي نسبت به حالت شكل دهي پرتوي دو بعدي مي شود. در ادامه در يك سيستم موج ميلي متري با در نظر گرفتن ارتفاع متغير كاربران و شكل دهي پرتوي سه بعدي به بررسي بهينه سازي زاويه ي شيب براي افزايش كارايي مي پردازيم. در اين قسمت نيز روشي كارا با پيچيدگي كم ارائه مي شود كه كارايي بسيار نزديكي به حالت بهينه دارد. در نهايت به دليل اينكه توزيع متا اطلاعات جامع تري را در اختيار ما مي گذارد، در شبكه هاي دو قطبي و سلولار به بررسي اثر ارتفاع كاربران پرداخته مي شود. در اين قسمت اثر ارتفاع كاربران بر روي ممان هاي مهم توزيع متا در حالت هاي مهم حدي چگالي ايستگاه هاي پايه و همچنين آستانه ي SINRمطالعه مي شود. بطور كلي ملاحظه شد كه قابليت اطمينان لينك با افزايش ارتفاع موثر كاهش مي يابد.

1399/07/01

Coverage and Energy Efficiency Analysis of Massive MIMO Systems

2/17/2021 12:00:00 AM

Due to the daily increase of communication networks usage, providing higher data rates and capacity gain more and more important in the next cellular networks. One of the tools that have been proposed recently is the Massive MIMO systems. However, for meeting the expected increase in the rate and capacity of the networks, it seems that the only increase in the number of antennas is not sufficient and mmWave systems will be used beside them. In this thesis, by leveraging tools from stochastic geometry, we investigated the effect of the height and 3Dbeamforming (3DBF) (tilt angle adjustment) on the energy efficiency (EE) and coverage in the Massive MIMO systems. First, we studied the effect of the misalignment in the mmWave systems and observed that by using base station cooperation, performance similar to alignment assumption can be achieved. Then, we investigated the 3DBF enabled mmWave system in two scenarios of homogeneous and two-tier heterogeneous networks. It is observed that optimizing the tilt angle both scenarios is complicated and a low complex near optimal approach has been proposed for optimizing the EE in both scenarios. Afterwards, we studied the effect of the 3DBF on the performance by considering variable user heights. To do so, we considered a massive MIMO system with pilot contamination. It is observed that considering the users height and optimizing the tilt angle result in significant performance improvement and ignoring the users height results in performance degradation even with respect to 2D-beamforming. Afterwards, in a mmWave system by considering variable users height and 3DBF, we investigated the tilt angle optimization for improvement of the performance by considering different small and large scale fading for LOS and NLOS links. An effective low complexity approach has been introduced for finding the optimal tilt angle is proposed. Finally, since the meta distribution provides more comprehensive information about the performance of the network, in Poisson bipolar and cellular networks, we studied the effect of the height on the important moments. It is observed that as the height increases, the link reliability decreases.

سيستم هاي انبوه آنتني