بخشی از مقاله
چکیده
تخمین کانال مسیر فروسو در سیستم MIMO حجیم یکی از چالشهاي نسل پنجم مخابرات بیسیم میباشد. در کانال با محوشدگی هموار و با اعمال پیشکدینگ تحمیل صفر ، تخمین کانال مسیر فروسو به تخمین مقدار بهره کانال و محوشدگی مقیاس بزرگ تبدیل میگردد.اخیراً بهره کانال در حالت فوق براساس انرژي متوسط سیگنال دریافتی و مقدار محوشدگی مقیاس بزرگ تخمین زده شده است که وجود خطا در تخمین مقدار محوشدگی مقیاس بزرگ، منجر به کاهش دقت تخمین بهره کانال در روش فوق میشود.
در این مقاله روش جدیدي براي تخمین بهره کانال در مسیر فروسو پیشنهاد شده است. با توجه به ثابت بودن مقدار محوشدگی مقیاس بزرگ در تعداد زیادي بازه زمانی همدوسی، در روش پیشنهادي ابتدا محوشدگی مقیاس بزرگ را در هر بازه همدوسی بهصورت جداگانه تخمین زده و با ترکیب مقادیر تخمینی فوق، مقدار دقیقتري از محوشدگی مقیاس بزرگ در دو حالت پایداري و گذرا به دست میآوریم. براساس این مقدار و انرژي متوسط سیگنال دریافتی، مقدار بهره کانال با دقت بیشتري تخمین زده میشود. نتایج شبیهسازي نشان میدهد که روش پیشنهادي نسبت به روشهاي مرجع دقت تخمین بهره کانال بهتري دارد.
واژگان کلیدي: بهره کانال، پیشکدینگ، مسیر فروسو، محوشدگی مقیاس بزرگ.
مقدمه
سیستمهاي چند ورودي-چند خروجی - MIMO1 - حجیم2 یکی از مهمترین فناوريها براي پاسخگویی به تقاضاي مورد نیاز در شبکههاي ارتباطی نسل بعدي هستند . در MIMO حجیم ایستگاه پایه - BS3 - مجهز به آرایه آنتنی بزرگ - با صدها آنتن - است. در مقابل ایستگاه موبایل - MS4 - داراي تعداد کمی آنتن است. در نوعی از سیستم MIMO که به MIMO چندکاربره مشهور است، ایستگاههاي موبایل متعدد با یک BS در ارتباط هستند. بنابراین در MIMO حجیم چندکاربره، آرایه بزرگ موجود در BS بهطور همزمان در خدمت بسیاري از کاربران - دهها یا بیشتر - است.
یکی از مسئلههاي مهم در MIMO حجیم، تخمین کانال بین BS و MS است که در هر دو مسیر فروسو5 و فراسو6 باید انجام گیرد. در مسیر فروسو تعداد گیرندهها کم است، پس در تخمین کانال این مسیر با مشکل مواجه هستیم. یکی از روشهاي حل این مشکل استفاده از تکنیک ارتباط دوطرفه تقسیم زمانی - TDD - 7 است. در تکنیک TDD با توجه به مشترك بودن محدوده فرکانسی مورد استفاده در مسیرهاي فروسو و فراسو، میتوان از نتایج تخمین کانال مسیر فراسو در مسیر فروسو نیز استفاده نمود .
این کار علاوه بر دقت کم، موجب کاهش نرخ ارسال اطلاعات در مسیر فروسو میگردد. بر این اساس براي آشکارسازي دقیقتر، نیاز به تخمین بردار کانال در مسیر فروسو داریم. در بیشتر کاربردهاي مبتنی بر تکنیک TDD، تخمین بهره کانال8 جایگزین تخمین بردار کانال گردیده است. در برخی روشها از مقدار میانگین بهره کانال به عنوان تخمین بهره کانال استفاده میشود. با این حال در برخی موارد استفاده از این روش منجر به کاهش عملکرد سیستم میشود . در روش دیگر کاربران بهره کانال را با استفاده از دادههاي آموزشی9 متعامد مسیر فروسو تخمین میزنند.
استفاده از دادههاي آموزشی منجر به کاهش نرخ ارسال اطلاعات اصلی می شود . تخمین کانال کور10 این مشکل را حل میکند. روشهاي مختلفی براي تخمین کور کانال MIMO ارائه شده است. نمونههایی از این روشها بر اساس زیر فضاي سیگنال 9]،[10 و مرتبه ماتریس کواریانس سیگنال دریافتی است. روشهاي فوق براي تخمین کانال MIMO حجیم قابل استفاده نیست. براي تخمین کانال MIMO حجیم، در روشی بر اساس تجزیه به مولفههاي اصلی پیشنهاد شده است که تنها براي مسیر فراسو قابل استفاده است.
در حالت کلی براي تخمین کور کانال MIMO حجیم چندکاربره در مسیر فروسو با مشکلات زیادي مواجه هستیم. در این حالت هر کاربر باید تنها بر اساس سیگنالهاي دریافتی خود، کانال خود را تخمین بزند. اخیراً روشهایی براي اینکار ارائه شده است که در آن از پیشکدینگ11 اطلاعات قبل از ارسال به کانال استفاده میشود که میتوان به پیشکدینگهاي MR12 و ZF13 اشاره نمود . نمونهاي از این روشها در آمده است که در آن روش تخمین کور بهره کانال در MIMO چندکاربرده حجیم مبتنی بر تکنیک TDD در کانال با محو شدگی هموار14 ارائه شده است.
در روش فوق ابتدا با استفاده از روشهاي کلاسیک، تخمین کانال در مسیر فراسو انجام میگیرد، سپس مشخصات کانال تخمینی براي پیشکدینگ اطلاعات در مسیر فروسو استفاده میشود. در نهایت هر کاربر تنها با استفاده از سیگنال دریافتی خود بهره کانال را تخمین میزند. در روش فوق فرض میشود مقدار محوشدگی مقیاس بزرگ15 در گیرنده مشخص است که این کار با تخمین محوشدگی در مسیر فراسو و ارسال در مسیر فروسو اجرا میشود. با توجه به وجود خطاي تخمین و خطاي احتمالی در هنگام ارسال مقدار فوق، این امر منجر به کاهش عملکرد سیستم میشود.
همچنین براي ارسال مقدار محوشدگی مقیاس بزرگ در مسیر فروسو، مقداري از حجم داده هاي انتقالی اشغال میگردد. در نتیجه نرخ ارسال اطلاعات نیز کاهش مییابد. براي حل این مشکل در روشی براي تخمین کور کانال در مسیر فروسو ارائه شده است که برخلاف روش نیازي به ارسال محوشدگی مقیاس بزرگ ندارد. مشکل روش فوق دقت پایین میباشد.
با توجه به اینکه محوشدگی مقیاس بزرگ در تعدادي از بازههاي زمان همدوسی ثابت است که در از این ویژگی استفاده نشده است، در روش پیشنهادي این مقاله، به منظور افزایش دقت تخمین، با ترکیب اطلاعات تخمینهاي محوشدگی مقیاس بزرگ در بازههاي زمانی همدوسی قبلی، دقت تخمین محوشدگی مقیاس بزرگ را در دو حالت پایداري و گذار افزایش میدهیم و بهره کانال را با استفاده از محوشدگی مقیاس بزرگ بهبودیافته تخمین میزنیم.
