نرخ قابل‌حصول ارسال هم‌زمان اطلاعات و توان برای سیستم مخابرات دوطرفه مجهز به آرایه آنتن عظیم

نویسندگان

دانشگاه شهرکرد - دانشکده فنی و مهندسی

چکیده

یک سیستم شامل چندین کاربر بی‌سیم متشکل از یک نقطه دسترسی دوطرفه هیبرید را در نظر می‌گیریم که برای دسته‌ای از کاربرهای سیار اطلاعات ارسال می‌کند و به‌طور هم‌زمان اطلاعات ارسالی از سوی دسته‌ای دیگر از گره‌های حسگر بی‌سیم را که دارای محدودیت انرژی هستند، دریافت می‌کند. فرض می‌کنیم که نقطه دسترسی مجهز به یک آرایه آنتن عظیم باشد. با در نظر گرفتن پروتکل کلیدزنی زمانی متشکل از دو مرحله، فرض می‌کنیم که در مرحله اول،  نقطه دسترسی سیگنال انرژی را برای حسگرها ارسال می‌کند و هم‌زمان از سمبل‌های نشانه ارسالی از سوی کاربران سیار برای تخمین کانال استفاده می‌کند. حسگرهای بی‌سیم در مرحله دوم اطلاعات خود را به کمک انرژی برداشت‌شده در مرحله اول برای ایستگاه دسترسی ارسال می‌کنند. با فرض دسترسی کامل به اطلاعات وضعیت کانال و نیز دسترسی به تخمین اطلاعات وضعیت کانال، عبارت‌های حدی برای نرخ‌های قابل‌حصول فراسو و فروسوی سیستم را به دست می‌آوریم. نتایج به دست آمده برای تعداد آنتن بی‌نهایت در ایستگاه مرکزی معتبر هستند. در ضمن، نتایج تقریبی نیز برای هر تعداد آنتن دلخواه استخراج می‌شوند. بر اساس نتایج تحلیلی حاصل، یک قاعده مقیاس توان نیز به دست می‌آوریم و تأثیر تعداد آنتن‌ها بر روی حذف تداخل بین کاربری و خودتداخلی را مطالعه می‌کنیم.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Achievable Rate Analysis of Simultaneous Wireless Information and Power Transfer in a Full-duplex Communication System with Massive Antenna Array

نویسندگان [English]

  • M. A. Mohammadi
  • Z. Mobini
Faculty of Engineering, Shahrekord University, Shahrekord, Iran
چکیده [English]

We consider a multiuser wireless system with a full-duplex hybrid access point (HAP) that transmits to a set of users in the downlink channel, while receiving data from another set of energy-constrained sensors in the uplink  channel. We assume that the HAP is equipped with a massive antenna array, while all users and sensor nodes have a single antenna. We adopt a time-switching protocol where in the first phase, sensors are powered through wireless energy transfer from HAP and HAP estimates the downlink channel of the users. In the second phase, sensors use the harvested energy to transmit to the HAP.  Aassuming perfect and imperfect channel state information, we derive expressions for the achievable uplink and downlink rates in the large-antenna limit and approximate results that hold for any finite number of antennas. Based on these analytical results, we obtain the power-scaling law and  analyze the effect of the number of antennas on the cancellation of intra-user interference and the self-interference.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Full-duplex communication
  • massive antenna array
  • simultaneous wireless information and power transfer
  • achievable rate