معیار چند هدفی برای انتخاب آنتن در یک ایستگاه مرکزی Full-Duplex

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان

دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر - دانشگاه سمنان

چکیده

استفاده از سیستم­های مخابراتی تمام دوطرفه یا در اختصار FD، روش جدیدی برای افزایش بهره طیفی است. به همین دلیل هم مورد توجه جدی در نسل جدید سیستم­های مخابراتی قرار گرفته است. چالش اصلی این روش، تداخل خودی است که باید به شکل مناسبی کاهش یابد. در این مقاله، ایستگاه مرکزی یک شبکه سلولی را به­صورت چندآنتنی و FD در نظر گرفته­ایم و برای رفع مشکل تداخل خودی، از ترفند انتخاب آنتن استفاده کرده­ایم. همچنین برای انتخاب آنتن مناسب، یک معیار جدید ارائه کرده­ایم. در این معیار جدید، مسئله انتخاب آنتن به­صورت یک مسئله بهینه­سازی چندهدفی مدل‌سازی شده است. در این معیار جدید آنتن­هایی جهت دریافت و ارسال سیگنال انتخاب می­شوند که هم‌زمان علاوه بر کمینه­کردن بهره مسیر تداخلی، بهره کانال در مسیرهای فراسو (UL) و فروسو (DL) را نیز بیشینه کنند. از آنجا که هدف ایستگاه مرکزی عملکرد مناسب در هر دو مسیر UL و DL و کاهش تداخل خودی به­صورت هم‌زمان است، معیار چندهدفی عملکرد بهتری در مقایسه با معیارهای تک­هدفی دارد. در معیارهای متداول تک­هدفی، فقط عملکرد مسیر UL و DL یا مسیر تداخلی در نظر گرفته می­شود. شبیه­سازی­های انجام­شده نشان می­دهد که معیار جدید، آهنگ­گذردهی بالاتری نسبت به معیارهای انتخاب آنتن متداول تک­هدفی دارد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Multi-objective Criterion for Antenna Selection in a Full Duplex Base Station

نویسندگان [English]

  • M. Lari
  • S. Asaeian
Faculty of Electrical and Computer Engineering, Semnan University, Semnan, Iran
چکیده [English]

Using full duplex communication systems called FD, is a new technique for increasing the spectral efficiency. That`s why it has been considered seriously in the new generation of communication systems. The main challenge of the full-duplex system is the self-interference, which has to be decreased properly. In this paper, we consider a full-duplex cellular network base station and using the antenna selection technique to reduce its self-interference issue. For appropriate antenna selection, we present a new criterion. In this new criterion, antenna selection has been modeled and solved as a multi-objective optimization problem. In this new criterion, antennas which simultaneously minimizes interference channel gain and maximizes uplink (UL) and downlink (DL) channel gains are selected for transmission and reception. Since the goal of the base station is a good performance in both the UL and DL channels and reduction of the self-interference simultaneously, the multi-objective criterion has a better performance when compared to single-objective criteria. In the common single-objective criteria, only the UL and DL channels or interference channel is considered. Finally, simulation results show that the new criterion has more throughput rate than the other single-objective antenna selection technique in the full duplex systems.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Antenna Selection
  • Full Duplex Communication
  • Multi-objective Optimization

مراجع

[1]      L. Zhng, M. Xiao, G. Wu, M. Alam, Y. C. Liang and S. Li, “A survey of advanced techniques for spectrum sharing in 5G networks” IEEE Wireless Commun., Vol. 24, No. 5, pp. 44-51, Oct. 2017.
[2]      J. G. Andrews, S. Buzzi, W. Choi, S. V. Hanly, A. Lozano, A. Soong and J. C. Zhang, “What 5G will be?” IEEE J. Sel. Areas Commun., Vol. 32, No. 6, pp. 1065-1082, Jun. 2014.
[3]      W. Xiang, K. Zheng and X. Shen, 5G mobile communications.  Springer, 2017.
[4]      G. Liu, F. Richrd Yu, H. Ji, V. C. Leung, and X. Li, “In-band full-duplex relaying: A survey, research issues and challenges” IEEE Commun. Surveys&Tutorials, Vol. 17, No. 2, pp. 500-524, 2015.
[5]      A. Sabharwal, P. Schniter, D.Guo, D. W. Bliss, S. Rangarajan and R. Wichman, “In-band full-duplex wireless: Challenges and Opportunities” IEEE J. Sel. Areas Commun., Vol. 32, No. 9, pp. 1637-1652, Sept. 2014.
[6]      F. L. Luo and C. Zhang, Signal processing for 5G.  IEEE Press, 2016.
[7]      E. Everett, A. Sahai and A. Sabharwal, “Passive self-interference suppression for full-duplex infrastructure nodes,” IEEE Trans. Wireless Commun., vol. 13, no. 2, pp. 680-694, Feb. 2014.
[8]      H. Nawaz and I. Tekin, “Double-differential-fed, dual-polarized patch antenna With 90 dB interport RF isolation for a 2.4 GHz in-band full-duplex transceiver,” IEEE Antennas and Wireless Propag. Lett., vol. 17, no. 2, pp. 287-290, Feb. 2018.
[9]      H. Nawaz and I. Tekin, “Compact dual-polarised microstrip patch antenna with high interport isolation for 2.5 GHz in-band full-duplex wireless applications,” IET Microwaves, Antennas & Propagation, vol. 11, no. 7, pp. 976-981, Jun. 2017.
[10]      D. Kim, H. Lee and D. Hong, “A survey of in-band full-duplex transmission: from the perspective of PHY and MAC layers,” in IEEE Commun. Surveys&Tutorials, vol. 17, no. 4, pp. 2017-2046, 2015.
[11]      P. Aquilina and T. Ratnarajah, “Linear interference alignment in full-duplex MIMO networks with imperfect CSI,” IEEE Trans. Commun., vol. 65, no. 12, pp. 5226-5243, Dec. 2017.
[12]      A. Almradi and K. A. Hamdi, “MIMO full-duplex relaying in the presence of co-channel interference,” IEEE Trans. Veh. Technol., vol. 66, no. 6, pp. 4874-4885, Jun. 2017.
[13]      A. Almradi, P. Xiao and K. A. Hamdi, “Hop-by-hop ZF beamforming for MIMO full-duplex relaying with co-channel interference,” IEEE Trans. Commun.
doi: 10.1109/TCOMM.2018.2863723.
[14]      T. Riihonen, S. Werner and R. Wichman, “Mitigation of loopback self-interference in full-duplex MIMO relays” IEEE Trans. Signal Proc., Vol. 59, No. 12, pp. 5983-5993, Dec. 2011.
[15]      K. Yang, H. Cui, L. Song and Y. Li, “Efficient full-duplex relaying with joint antenna-relay selection and self-interference suppression” IEEE Trans Wireless Commun., Vol. 14, No. 7, pp. 3991-4005, Jul. 2015.
[16]      M. Zhou, L. Song, Y. Li and X. Li, “Simultaneous bidirectional link selection in full duplex MIMO systems” IEEE Trans Wireless Commun., Vol. 14, No. 7, pp. 4052-4062, Jul. 2015.
[17]      S. Jang, M. Ahn, H. Lee and I. Lee, “Antenna selection schemes in bi-directional full-duplex MIMO systems” IEEE Trans Veh. Technol., Vol. 65, No. 12, pp. 10097-10100, Dec. 2016.
[18]      M. Mohammadi, “Analysis of low complexity uplink/downlink full-duplex wireless access” IET Commun., Vol. 10, No. 14, pp. 1777-1785, 2016.
[19]      R. Li, Y. Chen, G. Y. Li and G. Liu, “Full-duplex cellular networks” IEEE Commun. Mag., Vol. 55, No. 4, pp. 184-191, Apr. 2017.
[20]      فرید محمدی، حمدی عبدی و احسان دهنوی، «حل مسئله توزیع بار اقتصادی هزینه-آلودگی دینامیک همراه با برنامه پاسخ‌گویی بار اضطراری بهینه تحت قیود اثر نقطه-دریچه و ذخیره چرخان»، مجله مهندسی برق دانشگاه تبریز، جلد 46 شماره 1، صفحه 356-343، بهار 1395.
[21]      یونس سخاوت و حسین زارعی، «تنظیم خودکار سختی بازی‌های توان‌بخشی با استفاده از روش یادگیری تقویتی چندتناوبی (یاقوت)»، مجله مهندسی برق دانشگاه تبریز، جلد 48 شماره 1، صفحه 70-61، بهار 1397.
[22]      A. Papoulis and S. U. Pillai, Probability, Random Variables and Stochastic Processes.  McGraw-Hill, 4th ed. 2002.
[23]      K. Miettinen, Nonlinear Multiobjective Optimization.  Springer Science+Business Media, 1998.
[24]      K. Deb, Multi-objective Optimization Using Evolutionary Algorithms.  John Wiley&Sons, 2001.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار