Вибір передавальної антени для покращення енергетичної ефективності в стільниковій мережі 5G на основі massive MIMO

Автор(и)

  • Дж. Бора Технологічний і науковий інститут Маданапалле, Індія http://orcid.org/0000-0002-0051-0313
  • С. Баруах Технологічний і науковий інститут Маданапалле, Індія http://orcid.org/0000-0003-0153-1084
  • Г. Бхаргаві Технологічний і науковий інститут Маданапалле, Індія
  • П. Дургапрасад Технологічний і науковий інститут Маданапалле, Індія
  • Б. Дамодар Технологічний і науковий інститут Маданапалле, Індія

DOI:

https://doi.org/10.20535/S0021347023020048

Ключові слова:

MIMO, множинний вхід множинний вихід, масова система MIMO, довільний вибір користувачів, максимальне підсилення каналу, базова станція, мобільна станція, SINR, відношення сигналу до суми завади та шуму, енергетична ефективність, антена

Анотація

В цьому дослідженні запропоновано два динамічних алгоритми для вибору передавальної антени з метою досягнення енергетичної ефективності в масовій MIMO (massive MIMO). Це алгоритм «довільний вибір користувачів» RUS (random user selection) і алгоритм «максимальне підсилення каналу» MCG (maximum channel gain). Досліджено налаштування масової MIMO, що працюють за допомогою N РЧ каналів через централізовану масову базову станцію BS (base station), яка використовує алгоритми RUS і MCG щоб забезпечити можливості керування для U абонентів. Мережі масових MIMO представлені для конфігурацій 8×8, 16×16, 25×25 і 50×50 при застосуванні алгоритмів RUS і MCG. Проведено дослідження ефективності запропонованої схеми щодо мережі з використанням алгоритмів RUS і MCG. Проаналізовано вплив на метрики продуктивності, а саме, сумарну швидкість передачі всіх абонентів, пропускну здатність користувачів і енергетичну ефективність. Енергетична ефективність також покращилась завдяки збільшенню кількості антен масової MIMO. У порівнянні з алгоритмом RUS, алгоритм MCG забезпечує кращі послуги для абонентів, які знаходяться на великій відстані від антени базової станції.

Посилання

S. K. Mishra, P. Pattanayak, A. K. Panda, “Combined transmit antenna selection and user scheduling in a massive MIMO broadcast system,” in 2020 Advanced Communication Technologies and Signal Processing (ACTS), 2020, pp. 1–6, doi: https://doi.org/10.1109/ACTS49415.2020.9350421.

S. S. Yilmaz, B. Ozbek, “Compressive sensing based low complexity user selection for massive MIMO systems,” in 2020 IEEE 91st Vehicular Technology Conference (VTC2020-Spring), 2020, pp. 1–5, doi: https://doi.org/10.1109/VTC2020-Spring48590.2020.9129553.

Д. Бора, С. Баруах, С. Дас, Д. Бисвас, “Анализ работы 5G сотовых сетей Massive MIMO и малых сот: Моделирование,” Известия вузов. Радиоэлектроника, vol. 65, no. 6, pp. 341–351, 2022, doi: https://doi.org/10.20535/S0021347022060024.

J. Borah, J. Bora, “Energy-efficient ICI mitigation with dynamic and location-based power allocation in mobility-based 5G HetCN,” Wirel. Pers. Commun., vol. 117, no. 2, pp. 1441–1457, 2021, doi: https://doi.org/10.1007/s11277-020-07930-x.

J. Borah, M. A. Hussain, J. Bora, “Dynamic and energy-efficient ICI mitigation techniques for mobility-based 5G HetCN,” IET Commun., vol. 14, no. 9, pp. 1397–1403, 2020, doi: https://doi.org/10.1049/iet-com.2019.0898.

J. Borah, T. A. Sheikh, J. Bora, “Dynamic cell sleeping mechanism: An energy‐efficient approach for mobile 5G HetCN,” Int. J. Commun. Syst., vol. 36, no. 5, 2023, doi: https://doi.org/10.1002/dac.5422.

C.-M. Chen, Q. Wang, A. Gaber, A. P. Guevara, S. Pollin, “User scheduling and antenna topology in dense massive MIMO networks: An experimental study,” IEEE Trans. Wirel. Commun., vol. 19, no. 9, pp. 6210–6223, 2020, doi: https://doi.org/10.1109/TWC.2020.3001224.

Y.-X. Zhu, D.-Y. Kim, J.-W. Lee, “Joint antenna and user scheduling in the massive MIMO system over time-varying fading channels,” IEEE Access, vol. 9, pp. 92431–92445, 2021, doi: https://doi.org/10.1109/ACCESS.2021.3092754.

M. Guo, M. C. Gursoy, “Energy-efficient joint antenna and user selection in single-cell massive MIMO systems,” in 2018 IEEE Global Conference on Signal and Information Processing (GlobalSIP), 2018, pp. 838–842, doi: https://doi.org/10.1109/GlobalSIP.2018.8646642.

C. Chen, R. C. Elliott, W. A. Krzymien, J. Melzer, “Modeling of cellular networks using stationary and nonstationary point processes,” IEEE Access, vol. 6, pp. 47144–47162, 2018, doi: https://doi.org/10.1109/ACCESS.2018.2865182.

J. Akhtar, K. Rajawat, V. Gupta, A. K. Chaturvedi, “Joint user and antenna selection in massive-MIMO systems with QoS-constraints,” IEEE Syst. J., vol. 15, no. 1, pp. 497–508, 2021, doi: https://doi.org/10.1109/JSYST.2020.3014867.

M. O. K. Mendonca, P. S. R. Diniz, T. N. Ferreira, L. Lovisolo, “Antenna selection in massive MIMO based on Greedy algorithms,” IEEE Trans. Wirel. Commun., vol. 19, no. 3, pp. 1868–1881, 2020, doi: https://doi.org/10.1109/TWC.2019.2959317.

M. A. Inamdar, H. V. Kumaraswamy, “Energy efficient 5G networks: Techniques and challenges,” in 2020 International Conference on Smart Electronics and Communication (ICOSEC), 2020, pp. 1317–1322, doi: https://doi.org/10.1109/ICOSEC49089.2020.9215362.

H. ElSawy, A. Sultan-Salem, M.-S. Alouini, M. Z. Win, “Modeling and analysis of cellular networks using stochastic geometry: a tutorial,” IEEE Commun. Surv. Tutorials, vol. 19, no. 1, pp. 167–203, 2017, doi: https://doi.org/10.1109/COMST.2016.2624939.

D. Park, “Transmit antenna selection in massive MIMO systems,” in 2017 International Conference on Information and Communication Technology Convergence (ICTC), 2017, pp. 542–544, doi: https://doi.org/10.1109/ICTC.2017.8191036.

M. Boulouird, A. Riadi, M. M. Hassani, “Pilot contamination in multi-cell massive-MIMO systems in 5G wireless communications,” in 2017 International Conference on Electrical and Information Technologies (ICEIT), 2017, pp. 1–4, doi: https://doi.org/10.1109/EITech.2017.8255299.

J. Borah, J. Bora, “Dynamic and location-based power allocation mechanism for inter-cell interference mitigation in 5G heterogeneous cellular network,” Int. J. Commun. Syst., vol. 33, no. 15, 2020, doi: https://doi.org/10.1002/dac.4548.

Розподіл дальніх користувачів в певному стільнику

##submission.downloads##

Опубліковано

2023-02-21 — Оновлено 2023-02-21

Як цитувати

Бора, Д., Баруах, С., Бхаргаві, Г., Дургапрасад, П., & Дамодар, Б. (2023). Вибір передавальної антени для покращення енергетичної ефективності в стільниковій мережі 5G на основі massive MIMO. Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка, 66(2), 97–108. https://doi.org/10.20535/S0021347023020048

Номер

Том 66 № 2 (2023)

Розділ

Оригінальні статті

Ліцензія

Авторське право (c) 2023 Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка

Издатель журнала Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника (сокр. "Известия вузов. Радиоэлектроника"), Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт", учитывает, что доступ автора к его статье является важным как для самого автора, так и для спонсоров его исследований. Мы представлены в базе издателей SHERPA/RoMEO как зеленый издатель (green publisher), что позволяет автору выполнять самоархивирование своей статьи. Однако важно, чтобы каждая из сторон четко понимала свои права. Просьба более детально ознакомиться с Политикой самоархивирования нашего журнала.

Политика оплаченного открытого доступа POA (paid open access), принятая в журнале, позволяет автору выполнить все необходимые требования по открытому доступу к своей статье, которые выдвигаются институтом, правительством или фондом при выделении финансирования. Просьба более детально ознакомиться с политикой оплаченного открытого доступа нашего журнала (см. отдельно).

Варианты доступа к статье:

1. Статья в открытом доступе POA (paid open access)

В этом случае права автора определяются лицензией CC BY (Creative Commons Attribution).

2. Статья с последующим доступом по подписке

В этом случае права автора определяются авторским договором, приведенным далее.

  • Автор (каждый соавтор) уступает Издателю журнала «Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника» НТУУ «КПИ» на срок действия авторского права эксклюзивные права на материалы статьи, в том числе право на публикацию данной статьи издательством Аллертон Пресс, США (Allerton Press) на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems». Передача авторского права охватывает исключительное право на воспроизведение и распространение статьи, включая оттиски, переводы, фото воспроизведения, микроформы, электронные формы (он- и оффлайн), или любые иные подобные формы воспроизведения, а также право издателя на сублицензирование третьим лицам по своему усмотрению без дополнительных консультаций с автором. При этом журнал придерживается Политики конфиденциальности.
  • Передача прав включает право на обработку формы представления материалов с помощью компьютерных программам и систем (баз данных) для их использования и воспроизводства, публикации и распространения в электронном формате и внедрения в системы поиска (базы данных).
  • Воспроизведение, размещение, передача или иное распространение или использование материалов, содержащихся в статье должно сопровождаться ссылкой на Журнал и упоминанием Издателя, а именно: название статьи, имя автора (соавторов), название журнала, номер тома, номер выпуска, копирайт авторов и издателя "© Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт"; © автор(ы)".
  • Автор (каждый соавтор) материалов сохраняет все права собственника материалов, включая патентные права на любые процессы, способы или методы и др., а также права на товарные знаки.
  • Издатель разрешает автору (каждому соавтору) материалов следующее:
  1. Право пользоваться печатными или электронными вариантами материалов статьи в форме и содержании, принятыми Издателем для публикации в Журнале. Подробнее см. политики Оплаченного открытого доступа, подписки и самоархивирования.
  2. Право бесплатно копировать или передавать коллегам копию напечатанной статьи целиком или частично для их личного или профессионального использования, для продвижения академических или научных исследований или для учебного процесса или других информационных целей, не связанных с коммерческими целями.
  3. Право использовать материалы из опубликованной статьи в написанной автором (соавторами) книге, монографии, учебнике, учебном пособии и других научных и научно-популярных изданиях.
  4. Право использовать отдельные рисунки или таблицы и отрывки текста из материалов в собственных целях обучения или для включения их в другую работу, которая печатается (в печатном или электронном формате) третьей стороной, или для представления в электронном формате во внутренние компьютерные сети или на внешние сайты автора (соавторов).
  • Автор (соавторы) соглашаются, что каждая копия материалов или любая ее часть, распространенная или размещенная ими в печатном или электронном формате, будет содержать указание на авторское право, предусмотренное в Журнале и полную ссылку на Журнал Издателя.
  • Автор (соавторы) гарантирует, что материалы являются оригинальной работой и представлены впервые на рассмотрение только в этом Журнале и ранее не публиковались. Если материалы написаны совместно с соавторами, автор гарантирует, что проинформировал их относительно условий публикации материалов и получил их подписи или письменное разрешение подписываться от их имени.
  • Если в материалы включаются отрывки из работ или имеются указания на работы, которые охраняются авторским правом и принадлежат третьей стороне, то автору необходимо получить разрешение владельца авторских прав на использование таких материалов в первом случае и сделать ссылку на первоисточник во втором.
  • Автор гарантирует, что материалы не содержат клеветнических высказываний и не посягают на права (включая без ограничений авторское право, права на патент или торговую марку) других лиц и не содержат материалы или инструкции, которые могут причинить вред или ущерб третьим лицам. Автор (каждый соавтор) гарантирует, что их публикация не приведет к разглашению секретных или конфиденциальных сведений (включая государственную тайну). Подтверждением этого является Экспертное заключение (см. перечень документов в Правила для авторов).
  • Издатель обязуется опубликовать материалы в случае получения статьей положительного решения редколлегии о публикации на основании внешнего рецензирования (см. Политика рецензирования).
  • В случае публикации статьи на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems» (Издатель: Аллертон Пресс, США, распространитель Springer) автору (соавторам) выплачивается гонорар после выхода последнего номера журнала года, в котором опубликована данная статья.
  • Документ Согласие на публикацию, который подают русскоязычные авторы при подаче статьи в редакцию, является краткой формой данного договора, в котором изложены все ключевые моменты настоящего договора и наличие которого подтверждает согласие автора (соавторов) с ним. Аналогичным документом для англоязычных авторов является Copyright Transfer Agreement (CTA), предоставляемый издательством Allerton Press.
  • Настоящий Договор вступает в силу в момент принятия статьи к публикации. Если материалы не принимаются к публикации или до публикации в журнале автор (авторы) отозвал работу, настоящий Договор не приобретает (теряет) силу.