الگوریتم جدید انتخاب آنتن در سیستم‌های چندورودی-چندخروجی کلان

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان

دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر- دانشگاه تهران

چکیده

در سال‌های اخیر سیستم‌های چندورودی-چندخروجیکلان به‌عنوان یکی از فن‌آوری‌های پیشنهادی برای استفاده در نسل پنجم سیستم‌های مخابرات بی‌سیم معرفی شده‌اند. از ویژگی‌های این سیستم‌ها افزایش بازدهی طیفی و بازدهی انرژی در مقایسه با سیستم‌های چندورودی-چندخروجی مرسوم است. در این فن‌آوری در هر ایستگاه پایه تعداد زیادی آنتن مورد استفاده قرار می‌گیرد.  همچنین تعداد کاربران در سلول‌ها نیز بسیار بیشتر از تعداد کاربران در سلول‌های کنونی است. افزایش تعداد آنتن‌ها، منجربه افزایش پیچیدگی و هزینه‌ی پیاده‌سازی این سیستم‌ها می‌گردد.  داشتن یک زنجیره رادیو فرکانسی به‌ازای هر آنتن، هزینه‌ی پیاده‌سازی این سیستم‌ها را به‌شدت افزایش می‌دهد.  ازاین‌رو روش‌های انتخاب آنتن برای کاهش پیچیدگی پیاده‌سازی در این سیستم‌ها پیشنهاد شده است. در این مقاله یک الگوریتم زیربهینه برای انتخاب آنتن پیشنهاد می‌شود که در آن در هر مرحله هدف انتخاب آنتنی است که بیشینه‌ی نرخ قابل دستیابی را ماکزیمم کند.  به این ترتیب آنتنی که در مراحل قبلی انتخاب شده ولی با انتخاب آنتن جدید لزوماً بهینه نیست از مجموعه‌ی آنتن‌های انتخابی خارج می‌شود.  مقایسه‌ی عملکرد الگوریتم پیشنهادی با الگوریتم‌های موجود حاکی از عملکرد بسیار مطلوب الگوریتم پیشنهادی در مقایسه با سایر روش‌های موجود است.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

A Novel Fast Antenna Selection Algorithm in Massive MIMO Systems

نویسندگان [English]

  • S. Asaad
  • A. M. Rabiei
Faculty of Electrical and Computer Engineering, University of Tehran, Tehran
چکیده [English]

In recent years, Massive Multiple-Input Multiple-Output (MMIMO) systems have emerged as a promising enabling technology to address the ever-growing demand of data traffic in the next generation of wireless networks. These systems received a great deal of interest due to their promise of high performance gains. These gains are mainly achieved at the expense of having a tremendous number of antenna elements within a relatively small physical platform. The growth in the number of antennas, however, significantly increases the Radio Frequency (RF) expenses. Therefore, developing solutions to alleviate this problem has become a major topic of interest. In this paper a stepwise regression approach is proposed to find an effective subset of transmit antennas. In each step of our scheme, we choose the antenna that maximizes the achievable rate and discard the antenna that has been selected in the previous step.  Our numerical results show that the proposed antenna selection scheme outperforms the other schemes in the literature.  

کلیدواژه‌ها [English]

  • Antenna selection
  • computational complexity
  • massive multiple input multiple output
  • radio frequency chain

مراجع

[1]      B. Furht and S. A. Ahson, Long Term Evolution: 3GPP LTE Radio and Cellular Technology, CRC Press, 2016.
[2]      C. Petersen, M. Mühleisen and A. Timm-Giel, “Modeling aeronautical data traffic demand,” Wireless Days (WD), Toulouse, France, 2016.
[3]      G. Pimmy and R. Kumar Jha. "Next generation cellular networks and green communication," International Conference on Communication Systems & Networks (COMSNETS), Bengaluru, India, pp. 522−524, Jan. 2018.
[4]      J. G. Andrews, S. Buzzi, W. Choi, S. V. Hanly, A. E. Lozano, A. C. K. Soong and J. Zhang, “What will 5G be?” IEEE Journal on Selected Areas in Communications, vol. 32, no. 6, pp. 1065−1082, Jun. 2014.
[5]      I. E. Telatar, “Capacity of multi‐antenna Gaussian channels,” European Transactions on Telecommunications, vol. 10, no. 6, pp. 585−595, Sep. 1999.
[6]      A. Damnjanovic, J. Montojo, Y. Wei, T. Ji, T. Luo, M. Vajapeyam, T. Yoo, O. Song and D. Malladi, “A survey on 3GPP heterogeneous networks,” IEEE Wireless Communications, vol. 18, no. 3, pp. 10−21, Jun. 2011.
[7]      V. Jungnickel, K. Manolakis, W. Zirwas, B. Panzner, V. Braun, M. Lossow, M. Sternad, R. Apelfrojd and T. Svensson, “The role of small cells, coordinated multipoint, and massive MIMO in 5G,” IEEE Communications Magazine, vol. 52, no. 5, pp. 44−51, May 2014.
[8]      Z. Ding, Z. Yang, P. Fan and H. V. Poor, “On the performance of non-orthogonal multiple access in 5G systems with randomly deployed users,” IEEE Signal Processing Letters, vol. 21, no.12, pp. 1501−1505, Dec. 2014.
[9]      L. Lu, G. Y. Li, A. L. Swindlehurst, A. Ashikhmin and R. Zhang, “An overview of massive MIMO: Benefits and challenges,” IEEE Journal of Selected Topics in Signal Processing, vol. 8, no. 5, pp. 742−758, Oct. 2014.
[10]      S. Asaad, A.M. Rabiei and R. Müller, “Massive MIMO with Antenna Selection: Fundamental Limits and Applications,” IEEE Transactions on Wireless Communications, vol. 17, no. 12, pp. 8502−8516, Dec. 2018.
[11]      E. G. Larsson, O. Edfors, F. Tufvesson and T. L. Marzetta, “Massive MIMO for next generation wireless systems,” IEEE Communications Magazine, vol. 52, no. 2, pp. 186−195, Feb. 2014.
[12]      S. Asaad, A. Bereyhi, A. M. Rabiei, R. R. Müller and R. F. Schaefer, “Optimal Transmit Antenna Selection for Massive MIMO Wiretap Channels,” IEEE Journal on Selected Areas in Communications, vol. 36, no. 4, pp. 817−828, Apr. 2018.
[13]      A. Garcia-Rodriguez, G. Geraci, L. G. Giordano, A. Bonfante, M. Ding and D. Lopez-Perez, “Massive MIMO unlicensed: A new approach to dynamic spectrum access,” IEEE Communications Magazine, vol. 56, no. 6, pp. 186−192, Jun. 2018.
[14]      E. Björnson, J. Hoydis and L. Sanguinetti. “Massive MIMO has unlimited capacity,” IEEE Transactions on Wireless Communications, vol. 17, no .1, pp. 574−590, Jan. 2018.
[15]      A. L. Swindlehurst, E. Ayanoglu, P. Heydari and F. Capolino, “Millimeter-wave massive MIMO: the next wireless revolution?” IEEE Communications Magazine, vol. 52, no. 9, pp. 56−62, Sep. 2014.
[16]      احمدرضا جناب‌زاده و محسن مجیری، «عملکرد فیلتر شکاف‌دار وفقی در تخمین فرکانس سیگنال‌های تناوبی»، مجله مهندسی برق دانشگاه تبریز، دوره‌ی 45، شماره‌ی 1، صفحه ۱−۹، بهار 1394.
[17]      احسان دشتیان، مجید اخوت و حمید آرزومند، «تخمین کانالMIMO با استفاده از QRD و الگوریتم وفقی LMS»، مجله مهندسی برق دانشگاه تبریز، دوره‌ی 48، شماره‌ی 2، صفحه 609−616، تابستان 1397.   
[18]      K. B. Petersen and M. S. Pedersen The Matrix Cookbook, Technical University of Denmark, 2012.
[19]      A. Gorokhov, “Antenna selection algorithms for MEA transmission systems,” IEEE International Conference on Acoustics, Speech, and Signal Processing (ICASSP), Orlando, USA, vol. 3, pp. 2857−2860, May 2002.
[20]      S. Sanayei and A. Nosratinia, “Asymptotic capacity analysis of transmit antenna selection,” International Symposium on Information Theory (ISIT), Chicago, IL, USA, p. 241, 2004.
[21]      L. Hogben, Handbook of Linear Algebra, CRC Press, 2006.
[22]      E. A. Neasmith and N. C. Beaulieu, “New results on selection diversity,” IEEE Transactions on Communications, vol. 46, no. 5, pp. 695−704,  May 1998.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار