Αποφυγή του φαινομένου Pilot Contamination σε συστήματα MASSIVE MIMO με εφαρμογή τεχνικών τυφλής παρακολούθησης υποχώρων

• Κύριος συγγραφέας: Κουμπουζή, Χρυσάνθη
• Άλλοι συγγραφείς: Μπερμπερίδης, Κωσταντίνος
• Μορφή: Thesis
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2017
• Θέματα: Παρακολούθηση υποχώρου; Μassive MIMO; Pilot contamination; Decontamination; Subspace Tracking; 004.62

Ο όρος Massive MIMO αναφέρεται στα ασύρματα τηλεπικοινωνιακά συστήματα στα οποία οι σταθμοί βάσης είναι εξοπλισμένοι με ένα πολύ μεγάλο αριθμό κεραιών. Τα συστήματα αυτά προσφέρουν διάφορα πλεονεκτήματα τα κυριότερα εκ των οποίων είναι η οικονομία σε ενέργεια εκπομπής και η αποδοτικότερη χρήση του ραδιοφάσματος. σημαντική βελτίωση τόσο στην φασματική όσο και στην ενεργειακή απόδοση. Ένα από τα σημαντικότερα προβλήματα των Massive MIMO είναι το φαινόμενο του pilot contamination, το οποίο συνίσταται στην προσανατολισμένη παρεμβολή των χρηστών λόγω της προβληματικής εκτίμησης της κατάστασης του καναλιού εξαιτίας της μη ορθογωνιότητας των ακολουθιών εκπαίδευσης. Το φαινόμενο αυτό, μπορεί να αποφευχθεί με χρήση μη γραμμικών ή τυφλών τεχνικών εκτίμησης. Στα πλαίσια των τυφλών τεχνικών που βασίζονται στο διαχωρισμό των υποχώρων σήματος και θορύβου/παρεμβολής είναι δυνατό να εφαρμοστούν μέθοδοι απευθείας εκτίμησης των υποχώρων (subspace tracking) προκειμένου να αποφευχθεί η πλήρης διάσπαση, μειώνοντας έτσι την πολυπλοκότητα. Μία τέτοια μέθοδος παρακολούθησης υποχώρου (FDPM) μπορεί να εφαρμοστεί και κατά τη χρήση μιας τυφλής μεθόδου για την αποφυγή του pilot contamination που συναντάται στα συστήματα massive MIMO. Τα παραπάνω θέματα εξετάζονται στην παρούσα εργασία, η οποία διαρθρώνεται ως εξής: Στο κεφάλαιο Ι γίνεται μια παρουσίαση των massive MIMO συστημάτων και των πλεονεκτημάτων τους, κοιτάζοντας τόσο από τη σκοπιά της θεωρίας πληροφορίας (επιτεύξιμοι ρυθμοί, χωρητικότητα) όσο και από την πλευρά της επεξεργασίας σήματος (εκτίμηση καναλιών, ανίχνευση). Το τέλος του κεφαλαίου αφιερώνεται σε ζητήματα που προκύπτουν ώστε να είναι δυνατή η υλοποίηση ενός τέτοιου συστήματος. Στο κεφάλαιο ΙΙ αναλύεται το φαινόμενο του pilot contamination και παρουσιάζονται διάφορες τεχνικές αντιμετώπισης ή αποφυγής του. Οι τεχνικές αυτές χωρίζονται σε κατηγορίες (μέθοδοι που βασίζονται σε πρωτόκολλα, μέθοδοι που βασίζονται στη γωνία άφιξης, μέθοδοι προκωδικοποίησης και τυφλές μέθοδοι) και σε κάθε μια από αυτές παρουσιάζονται κάποιες πρωτοπόροι μέθοδοι. Το κεφάλαιο ΙΙΙ αναφέρεται στις τεχνικές παρακολούθησης υποχώρου (subspace tracking). Αρχικά διατυπώνεται το πρόβλημα στο πλαίσιο της κλασικής μετάδοσης σημάτων και στη συνέχεια παρουσιάζονται ορισμένες βασικές μέθοδοι (orthogonal iteration και παραλλαγές) καθώς και δύο αλγόριθμοι παρακολούθησης υποχώρου χαμηλής πολυπλοκότητας (FRANS, FDPM). Στο κεφάλαιο ΙV εξετάζεται και προσομοιώνεται το uplink ενός ασύρματου massive ΜΙΜΟ συστήματος όπου το πρόβλημα του pilot contamination αποφεύγεται χρησιμοποιώντας μία μέθοδο που βασίζεται στην προβολή στον υποχωρο του σήματος. Για την αποφυγή του υπολογισμού της πλήρους SVD για την ανάκτηση του επιθυμητού υποχωρου εφαρμόζεται ο αλγόριθμος FDPM και στη συνέχεια παρουσιάζονται πειραματικά αποτελέσματα από την προσομοίωση του συστήματος στο MATLAB. Στο κεφάλαιο VΙ παρουσιάζονται τα συμπεράσματα και συζητούνται πιθανές μελλοντικές κατευθύνσεις.