strålformning som utnyttjar återkopplade kanalnormer i mimo ...

More documents

Recommendations

Info

vara fördelaktiga. Det har tidigare visats hur denna strategi kan användas för att välja riktning vid strålformning (och uppskatta resulterande SNR) i kommunikationssystem där sändaren har många antenner men mottagaren endast är utrustad med en antenn. Examensarbetet generaliserar dessa resultat till fallet med multipla mottagarantenner. Tre återkopplingsmetoder analyseras. I den första metoden antas sändaren ställa in sin signal i den riktning som är starkast i medeltal och mottagaren återkopplar vilket SNR som denna riktning kommer att ge. De två andra metoderna är generaliseringar av fallet ovan där kanalnormen/styrkan till en enstaka mottagarantenn återkopplas. I den andra metoden beräknar mottagaren kanalstyrkan för varje mottagarantenn och återkopplar den starkaste av dem, medan den tredje metoden återkopplar alla dessa kanalstyrkor. Observera att den sista metoden därmed återkopplar flera värden, medan de övriga endast återkopplar ett enstaka värde. Detta bör hållas i minnet vid en jämförelse av metoderna. Det finns även en viktig skillnad mellan den första metoden och de två sista. I den första metoden fixeras riktningen och därför kan ett exakt SNR återkopplas, medan sändaren i två andra fallen fortfarande är fri att rikta signalen vart som helst men tvingas i gengäld att uppskatta vad SNR kommer att bli. Som det nämndes tidigare finns det en kanalkapacitet som inte bör överskridas. Eftersom det finns en viss osäkerhet i uppskattningen av SNR så måste det införa vissa säkerhetsmarginaler så att risken att överskatta den nuvarande kanalstyrkan/kapaciteten är väldigt liten. Detta innebär en generell försämring av överföringshastigheten. Den första metoden ger bäst resultat i examensarbetets simuleringar eftersom det förutsätts att sändaren bara skickar i en riktning i taget. I ett verkligt kommunikationssystem vill basstationen kunna utnyttja möjligheten att samtidigt skicka till flera användare i olika riktningar, och då förenklas processen väldigt av att sändaren är helt fri i hur den kan lägga upp sina riktningar. Bidrag till forskningsämnet Examensarbetet analyserar hur de tre olika metoderna kan användas vid dataöverföring från basstationen till användaren i en cell med endast en användare. Det ges matematiska härledningar för hur metoderna kan utnyttjas på ett optimalt sätt. Det viktigaste bidraget till forskningen är matematiska uttryck för hur den andra och tredje metoden kan användas för att uppskatta SNR och beräkna variansen för dessa uppskattningar. Variansen är ett mått på hur stor osäkerhet det finns i uppskattningen och kan bland annat användas för att styra bredden på säkerhetsmarginalen. De olika metodernas överföringshastighet jämförs i simuleringar som bygger på en något förenklad modell i jämförelse med den som används i den matematiska analysen. För att få ett grepp om hur bra metoderna är, mer än i jämförelse med varandra, så har även den övre gränsen (”sändare har full kanalkännedom”) och den undre gränsen (”sändaren får 6
5.3. THROUGHPUT AND MULTIUSER DIVERSITY WITH TDMA (a) CDF of the mean throughput per users (a) and CDF symbol of the time mean (in throughput a cell with 20 per perusers). users and sym Probability 1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 4 antenna ULA and 4 receive antennas Upper bound No feedback H Feedback: |w HwT | R 2 Feedback: {|h i | 2 } Feedback: max|h i | 2 0 23 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 User mean Cell and throughput cell throughput [bits/symbol] [bits/symbol] 0.9 0.9 0.8 0.8 0.7 0.7 0.6 0.6 0.5 0.5 0.4 0.4 0.3 0.3 0.2 0.2 0.1 0.1 0 0 3 23 4 43 4 4 5 5 5 6 6 6 7 7 7 8 8 User Cell mean Cell throughput and throughput cell throughput [bits/symbol] [bits/symbol] Figure Figur 4 (b) och 5.1. CDF 5. Överföringshastighet The of the CDFcell ofthroughput user (bitar mean per datasymbol) throughput/cell per symbol för (b) time de CDF olika throughput (inmetoderna, of ofa the cell cell with for samt throughput different 20 den users). övre och beam- per symbol t forming undre gränsen. strategies Figurerna invisar a cell simuleringsresultaten with 1 randomly med 1 located användare user (t.v.) (0.2 och 20 ≤användare rd ≤ 1). (t.h.) The performance Figure i ce)en. Den 5.4. aktue)a with The user maximum överföringshastigheten mean throughput visas and på and Figure x-axeln, cell proportional throughput 5.4. medan The y-axeln fair user for visar scheduling different mean sannolikheten throughput beamform- coincides, and cell th t as ingwell (&ån strategies as 0 ti) the 1) att in cell uppnå a and cellen user with hastighet throughput. 20 randomly som är lika The med located ing inge)er number strategies mindre users of än (0.2 in transmit vad a a≤som cell rdvisas with ≤with and 1) på 20 and 20 receive x-axeln. randomly maximum anten- located u nas throughput is four and scheduling. two different The number transmit ofantenna transmit throughput structures and receive scheduling. are antennas considered: The Theis number four ULA and of of(left two transmit an column) different ingen återkopplingsinformation”) and transmit UCA antenna (right column). structures för vad som are different considered: kan uppnås transmit analyserats ULA antenna (left antenna och column) inkluderats structures and i UCA are consider (right simuleringarna. column). (right column). Figur 4 visar vilken överföringshastighet (bitar per datasymbol) som kan uppnås med de olika metoderna. Den övre gränsen (ren linje) och den undre gränsen (ringar) ger det spann som olika metoder kan hamna mellan. Det är den första metoden (kvadrater), det vill säga återkoppling av SNR för en fixerad riktning, som ger den bästa överföringshastigheten. Därefter kommer den tredje metoden 62(stjärnor) vilken återkopplar kanalstyrkan för varje mottagarantenn, medan den andra metoden (trianglar) kommer sist i jämförelsen. I exemplet har sändaren och mottagaren vardera fyra antenner, så det bör återigen påpekas att den tredje metoden kräver fyra gånger så mycket återkopplingsinformation som de övriga. Skillnaden mellan den bästa och den sämsta av metoderna är tydlig, men det är värt att påpeka att även den sämsta metoden innebär en stor förbättring i jämförelse med att inte ha någon återkopplingsinformation alls. Probability Probability 4 antenna 4 antenna ULA UCA and and 4 receive 4 receive antennas antennas Upper bound No feedback H Feedback: |w HwT | R 2 Feedback: {|h i | 2 } Feedback: max|h i | 2 the user, divided with the number of users and multiplied by 1.25 to represent the increase in performance due to multiuser diversity. Then 2×Number of mobiles realizations were used to correct the value before the realizations used as measurements 62 were taken (there remaining transient was neglected). 5.3.1 Result 0 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 User mean throughput [bits/symbol] i 0 0 0 0 0.1 0.1 0.2 0.2 0.3 0.3 0.4 0.4 0.5 0.5 0.6 0.6 User User mean mean throughput [bits/symbol] The CDF of mean throughput per user and the cell throughput is shown in Figure 5.1 (1 user, both schedulers), Figure 5.2-5.3 (4 users, maximum throughput and pro- Om det finns flera användare i cellen så kan fortfarande samma metoder utnyttjas med portional fair, respectively) and Figure 5.4-5.5 (20 users, maximum throughput and skillnaden att användarna får turas om med att kommunicera med basstationen. Turord- proportional fair, respectively). The figures do in other words show the probability ningen styrs av en schemaläggare (eng. scheduler) som kan ha olika utformning beroende of getting på vilka a smaller egenskaper orsom equal är önskvärda. throughput. Genom att ständigt schemalägga den användare The multiuser diversity gain is very clear from the simulations: The upper bound on cell throughput for 1 user is in the interval [3.6 8], for 4 users in [4.3 78] and for 20 users in [5.6 8]. It is interesting to note that maximum cell throughput seems not increase, but the diversity gives an increased minimal expected cell throughput 1 1 ii i Probability 0 0 1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 3
Page 1 and 2: STRÅLFORMNING SOM UTNYT TJAR ÅTER
Page 3 and 4: som är närmast mottagaren, som i
Page 5: En viktig anledning till att använ

strålformning som utnyttjar återkopplade kanalnormer i mimo ...

You also want an ePaper? Increase the reach of your titles

Delete template?

Save as template?