Skip to main content
SUPERVISOR
Ehsan Yzdian,Mohammad sadegh Fazel falavarjani
احسان یزدیان (استاد راهنما) محمدصادق فاضل فلاورجانی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Tayebe Fatehi peykan
طیبه فاتحی پیکانی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1394

TITLE

Antenna selection in massive MIMO systems with spatial correlation
Nowadays wireless communication is one of the most successful technologies thattransfers information via electromagnetic waves. Demand for wireless communication usage is growing continuously however the available electromagnetic spectral range is limited. One of the major solutions is to use of multiple antenna structure that a modern type of it, called massive MIMO, is under development in 5G. In this structure for increasing data rate and reliability of system, base station is equipped with large number of antennas. Increasing the number of antennas due to physical and complexity limitations is not always possible because it increases RF chains, costs, memory usage and computational complexity. In order to retain benefits of such a structure it is essential to implement all antenna elements and then select a subset of them with the best channel conditions, based on a logical criterion. In this thesis a massive MIMO system with spatial correlation between antennas in the base station is considered and based on antenna selection algorithms, a subset of antennas is selected. Then performance of the selected massive MIMO system is evaluated based on capacity and energy efficiency. Simulation results show considerable improvement in capacity and energy efficiency of system. On the other hand, up to now a closed form expression for energy efficiency of the massive MIMO system with spatial correlation and antenna selection has not been proposed; however, using wishart theorem we can provide a closed form expression for an uncorrelated channel case. In this thesis in order to provide an approximation for energy efficiency, we propose that spatially correlated selected channel matrix to be approximated by an i.i.d channel matrix with same dimensions but different variance. This approximation can be done by comparing eigenvalue distribution of correlated selected channel and uncorrelated channel. Then according to wishart theorem, matrix we can achieve a closed form expression for energy efficiency. Simulation results demonstrate an acceptable accuracy. Key Words : Massive MIMO system , Correlation , Antenna selection , Energy efficiency
یکی از موفق‌ترین تکنولوژی‌های عصر حاضر، مخابرات بی‌سیم است که از طریق امواج الکترومغناطیسی اقدام به ارسال اطلاعات می‌کند. با توجه به‌این‌که پهنای طیف الکترومغناطیسی مورد استفاده در این حوزه در حال حاضر محدود است و از طرفی تقاضا برای بهره‌گیری از مخابرات بی‌سیم همواره در حال رشد است؛ نظریه پردازان و مهندسان مخابرات درصدد ارائه‌ی تکنولوژی‌های جدید به‌‌منظور افزایش بازدهی طیف فرکانسی هستند. یکی از این راهکارها استفاده از ساختار چند آنتنی است که امروزه شکل نوینی از آن با نام چندآنتنی انبوه در 5G مطرح شده است. در این ساختار ایستگاه پایه به تعداد انبوهی آنتن مجهز شده است که منجر به افزایش نرخ داده و قابلیت اطمینان سیستم می‌شود. در عمل به دلیل محدودیت‌های فیزیکی و پیچیدگی پیاده‌سازی ، افزایش تعداد آنتن‌ها به میزان دلخواه امکان‌پذیر نیست؛ هم‌چنین وجود تعداد زیاد آنتن منجر به افزایش تعداد زنجیره‌های RF, هزینه، میزان حافظه‌ی مورد استفاده و پیچیدگی محاسباتی می‌شود. بنابراین برای مقابله با این چالش‌ها ضمن حفظ مزایای چندآنتنی انبوه، ضروری است همه‌ی المان‌های آنتن را داشته باشیم ولی در هر ارسال زیرمجموعه‌ای از آن‌ها که بر حسب یک معیار منطقی، دارای بهترین شرایط هستند را انتخاب کنیم. در این پایان‌نامه یک سیستم چندآنتنی انبوه با همبستگی فضایی بین آنتن‌های ایستگاه پایه درنظر گرفته شده است و برمبنای چند الگوریتم‌ انتخاب آنتن، زیرمجموعه‌ای از آنتن‌ها انتخاب می‌شوند. سپس عملکرد سیستم‌های چندآنتنی‌انبوه انتخابی از لحاظ ظرفیت و کارایی انرژی ارزیابی می‌شود. نتایج شبیه‌سازی نشان می‌دهد که انتخاب آنتن، بهبود ظرفیت و کارایی انرژی سیستم را به‌همراه دارد. از طرفی تاکنون رابطه‌ای با فرم بسته برای کارایی انرژی سیستم چندآنتنی انبوه در شرایط همبستگی فضایی و انتخاب آنتن، ارائه نشده است؛ درصورتی که برای یک ماتریس کانال ناهمبسته با استفاده از قضیه ویشارت می‌توان به رابطه‌ای بسته دست‌یافت. بنابراین در این پایان‌نامه در راستای دستیابی به رابطه‌‌ای تقریبی برای کارایی انرژی ، پیشنهاد می‌شود که ماتریس کانال حاصل از انتخاب آنتن که دارای همبستگی فضایی است، با یک ماتریس دارای درایه‌های i.i.d با همان ابعاد ولی واریانسی متفاوت تقریب زده شود. این تقریب با مقایسه‌ی توزیع مقادیر ویژه کانال دارای همبستگی و کانال ناهمبسته به‌دست می‌آید. درنتیجه طبق قضیه‌ی ویشارت می‌توان برای ماتریس تقریبی به رابطه‌‌ای بسته برای کارایی انرژی دست‌یافت. نتایج شبیه‌سازی‌ها نشان می‌دهد تقریب به‌دست آمده از دقت نسبتاٌ خوبی برخوردار است. واژه‌های کلیدی: 1- سیستم‌های چندآنتنی انبوه، 2- همبستگی، 3- انتخاب آنتن، 4- کارایی انرژی.

تحت نظارت وف ایرانی