Antenna selection schemes for energy efficiency increasing of XL-MIMO systems under non-stationary channels

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dataload.collectionmapped02 - Mestrado - Engenharia Elétricapt_BR
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dc.contributor.advisorAbrão, Taufik [Orientador]pt_BR
dc.contributor.authorUbiali, Gabriel Avanzipt_BR
dc.contributor.bancaMarinello Filho, José Carlospt_BR
dc.contributor.bancaCosta, Marcello Gonçalvespt_BR
dc.coverage.spatialLondrinapt_BR
dc.date.accessioned2024-05-01T14:54:45Z
dc.date.available2024-05-01T14:54:45Z
dc.date.created2021.00pt_BR
dc.date.defesa12.02.2021pt_BR
dc.description.abstractResumo: Aumentar o número de antenas na estação rádio base de um sistema MIMO Massivo garante uma melhoria nas taxas de dados e na eficiência energética Entretanto, ao empregar centenas ou milhares de antenas, o peso do array de antenas pode se tornar uma dificuldade, bem como manter a separação entre antenas em no mínimo meio comprimento de onda, o que é oportuno para aproveitar inteiramente a disponibilidade de um grande número de antenas Consequentemente, o array de antenas torna-se muito mais comprido A principal consequência disto é que a maior parte da energia contida no sinal enviado por um determinado usuário atinge apenas uma pequena porção do array, o que é conhecido como não-estacionariedade espacial Portanto, selecionar as antenas que irão atuar na detecção do sinal transmitido por cada usuário, ao invés de usar todas as antenas, é uma ´ótima estratégia tendo em vista reduzir a complexidade computacional e o consumo de potência, sem comprometer a taxa de dados Nesse contexto, existem duas possíveis situações: o subconjunto de antenas selecionadas para cada usuário pode ser qualquer combinação entre as antenas disponíveis no array, ou então o array é previamente dividido em múltiplos subarrays, que seriam entidades de hardware independentes, e um ou mais subarrays são atribuídos a cada usuário Este trabalho propõe três esquemas de seleção de antenas (AS) e de dois esquemas de seleção de subarrays (SS) Os resultados numéricos demonstraram que os esquemas de seleção foram capazes de reduzir o número de antenas ativas em um cenário de baixa ou média densidade de usuários, e consequentemente reduzir consideravelmente o consumo de potência Ao definir uma pequena quantidade de antenas para realizar o receive combining para cada usuário, a complexidade também é reduzida nesse cenário Os algoritmos propostos selecionam os subconjuntos de antenas criteriosamente, dando preferência aqueles(as) cujo canal até o usuário está mais forte, também considerando a interferência potencial devido aos demais usuários Portanto, a taxa de dados apresenta apenas uma pequena redução, mesmo que o combinador zero-forcing (ZF) seja mais eficiente em combater a interferência quando o número de antenas é alto Enfim, como o consumo de potência diminui muito mais que a taxa de dados, a eficiência energética (EE) melhora colossalmente Um dos algoritmos propostos, chamado fair-AS, mantém o número de antenas ativas limitado arbitrariamente Este algoritmo mostrou-se mais eficiente que os demais em maximizar a eficiência energética, por garantir maior redução de potência que os demais, sem, no entanto, comprometer consideravelmente a taxa de dados do sistema O esquema fair-AS mostrou-se capaz de aumentar consideravelmente a EE, mesmo em cenários de moderada densidade de usuáriospt_BR
dc.description.abstractother1Abstract: Increasing the number of antennas at the base station (BS) of a massive MIMO network is useful to improve the throughput and the energy efficiency However, when employing hundreds or thousands of antennas, the weight of the antenna array may become a challenge, as well as holding the antenna separation to at least half wavelength, which is opportune to make real advantage from an array composed by thousands of antenna elements Consequently, the array length increases a lot The main consequence is that the majority of the energy sent by a given user achieves only a small portion of the antenna array, which is called spatial non-stationarity Thus, selecting the antennas that will participate in the receive combining of the signal sent by each user, instead of using all the available antennas, may be a very useful strategy to reduce considerably the power consumption without degrading the throughput In this context, there are two possible situations: the subset of the antennas selected for a given user may be any combination of the available antennas, or the array is previously divided into multiple subarrays, corresponding to separate hardware entities, and one or more subarrays are assigned to each user This work proposes three antenna selection (AS) and two subarray selection (SS) schemes Numerical results proved that the selection schemes are capable of reducing the number of active antennas in low user-density non-stationary scenario, reducing the power consumption considerably When assigning a small number of BS antennas per user to perform receive combining for each user, the processing complexity and analog RF front-end power consumption are also reduced The proposed algorithms select properly the subset of antennas that are designated to each user, preferring the ones whose channel between them and the user are stronger and also considering the potential interference from the other users Therefore, the throughput reduces only slightly, although zero-forcing (ZF) combiner is more efficient in mitigating the interference when many antennas are used As the power consumption decays much more than the throughput, the energy-efficiency (EE) is dramatically improved One of the proposed algorithms, namely fair-AS, arbitrarily maintain a limited number of antenas active It was more efficient than the other algorithms at maximizing the EE, as it can provide a greater reduction in the power consumption than the other schemes, while the resulting throughput is not severely compromised Fair-AS can provide big improvements in the system EE even under moderate user density scenariospt_BR
dc.description.notesDissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) - Universidade Estadual de Londrina, Centro de Tecnologia e Urbanismo, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétricapt_BR
dc.identifier.urihttps://repositorio.uel.br/handle/123456789/15710
dc.languagepor
dc.relation.coursedegreeMestradopt_BR
dc.relation.coursenameEngenharia Elétricapt_BR
dc.relation.departamentCentro de Tecnologia e Urbanismopt_BR
dc.relation.ppgnamePrograma de Pós-Graduação em Engenharia Elétricapt_BR
dc.subjectEngenharia elétricapt_BR
dc.subjectSistemas MIMOpt_BR
dc.subjectEficiência energéticapt_BR
dc.subjectSistemas de telecomunicaçãopt_BR
dc.subjectAntenas (Eletrônica)pt_BR
dc.subjectElectric engineeringpt_BR
dc.subjectMIMO systemspt_BR
dc.subjectEnergy efficiencypt_BR
dc.subjectTelecommunication systemspt_BR
dc.subjectAntennas (Electronics)pt_BR
dc.titleAntenna selection schemes for energy efficiency increasing of XL-MIMO systems under non-stationary channelspt_BR
dc.typeDissertaçãopt_BR

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