مديريت تداخل عمدي در سيستم هاي مايمو انبوه

دكتري تخصصي

‌سيستمِ مايمو انبوه‌ سرويس‌هاي داده‌اي با سرعتِ بالا فراهم مي‌نمايد، از اينرو بعنوان فناوري كليدي براي تامين ترافيك داده‌اي در شبكه‌هاي سلولي نسل آينده محسوب مي‌گردد. بدليل تخريبِ عملكردِ ارتباطات توسط سيگنال‌هاي تداخلي‌، در تحقيقات جديد، مقاوم‌سازيِ ارتباطاتِ مايمو انبوه در برابر تداخلات مورد توجه قرار گرفته است. برخي سيگنال‌هاي تداخلي بصورت ناخواسته و بدليل خاصيت پخشِ فراگيرِ‌ امواجِ راديويي ايجاد شده و برخي ديگر نيز بطور عمدي به سيستم اعمال مي‌شوند. تداخل عمدي‌ مي‌تواند بخاطر محدوديتِ منابعِ سيستمِ مايمو انبوه رخ دهد كه اصطلاحاً تداخل عمدي قانوني‌ ناميده شده و يا توسط اخلال‌گري‌ با هدفِ كاهشِ كاراييِ طيفيِ‌ سيستمِ قانوني انتشار گردد كه اصطلاحاً به آن تداخل عمدي غير قانوني‌ گفته مي‌شود. در اين پروژه، مديريت تداخل عمدي در ارتباطِ فراسوي‌ سيستمِ مايمو انبوه در هر دو دسته‌ي قانوني و غير قانوني بررسي مي‌گردد. به تداخلِ عمديِ موجود در فاز تخمينِ كانال "آلودگي پايلوت‌`` گفته مي‌شود. در سيستمِ مايمو انبوه، آلودگي پايلوت موجب اشباعِ كاراييِ طيفيِ سيستمِ قانوني شده و عملكردِ سيستم را بطور قابل توجهي كاهش مي‌دهد. در اين رساله، مديريت تداخلِ عمديِ غير قانوني در دو مرحله‌ي آشكارسازيِ حضورِ اخلال‌گر و مقاوم‌سازيِ سيستمِ قانوني در برابر حملاتِ آن بررسي مي‌گردد. براي آشكارسازيِ حضور اخلال‌گر، روشِ جديدي بر اساسِ پايلوت‌هاي استفاده نشده‌ي‌ عمديِ موجود در شبكه و بر پايه‌ي آزمون نسبت درست‌نمايي تعميم‌يافته‌ ارائه مي‌گردد. عملكرد اين آشكارساز با افزايش تعداد آنتن‌ها در ايستگاه مركزي و همچنين افزايش تعداد بلوك‌هاي همدوسي و پايلوت‌هاي استفاده نشده در شبكه بهبود مي‌يابد. شبيه‌سازي‌ها نشان مي‌دهند كه آشكارسازِ ايده‌آل با افزايش تعداد آنتن‌هاي ايستگاه مركزي دسترس‌پذير مي‌باشد. در ادامه، براي محافظتِ سيستمِ مايمو انبوه در برابر حملاتِ اخلال‌گر چارچوبِ مقابله‌ي جديدي پيشنهاد مي‌گردد. چارچوبِ پيشنهادي شامل تخمينگرِ جديدِ حداقل ميانگين مربعات خطا بر اساس سركوب اخلال‌ (MMSE-JS) در فاز پايلوت و آشكارسازِ صفر كننده به منظور سركوب اخلال‌ (ZFJS) در فاز ارسال داده‌ي فراسو مي‌باشد. تخمينگرِ‌MMSE-JS از پايلوت‌هاي استفاده نشده‌ي عمدي براي كاهش آلودگي پايلوتِ ايجاد شده توسط اخلال‌گر استفاده مي‌كند. آشكارسازِ ZFJS نيز سيگنالِ اخلال را در طول آشكارسازيِ داده‌ي كاربران سركوب مي‌كند. آناليز‌ها و شبيه‌سازي‌ها نشان مي‌دهند كه سيستمِ مايمو انبوهِ مجهز شده به چارچوب پيشنهادي در برابر حملاتِ اخلال‌گر مقاوم مي‌باشد، بطوريكه عملكردِ چارچوبِ مقاوم‌سازيِ معرفي شده در مراجع قبلي را تقريباً 42% بهبود مي‌بخشد. روش‌هاي فوق براي سيستم‌هاي مايمو انبوه با كانال‌هاي غير همبسته پيشنهاد شده‌اند. به موجبِ احتمالِ وجودِ همبستگي بين كانال‌ها، كارِ بيش‌تري كه در اين رساله به آن پرداخته شده است، بررسيِ سركوبِ اخلال در سيستمِ مايمو انبوه با كانال‌هاي همبسته‌ي فضايي‌ است. براي اين منظور چارچوبِ مقاوم در برابرِ اخلال‌ شاملِ تخمينگرِ كانالِ بهينه و اكولايزر خطيِ دو سويه‌ پيشنهاد مي‌گردد. تخمينگرِ كانال به نحوي طراحي شده است كه كاراييِ طيفيِ سيستمِ قانوني را در حضورِ اخلال‌گر بيشينه مي‌كند. نشان داده مي‌شود كه تخصيصِ توانِ كاربرانِ قانوني مي‌تواند عملكردِ چارچوبِ پيشنهادي را بهبود بخشد حتي زمانيكه اخلال‌گر توانِ خود را بصورت بهينه تنظيم نمايد. چارچوبِ پيشنهادي براي سركوبِ اخلال در شرايطِ سخت‌افزارِ غير ايده‌آلِ كاربرانِ قانوني و اخلال‌گر نيز قابل استفاده است. در شبيه‌سازي‌ها عملكرد چارچوبِ پيشنهادي به ازاي سخت‌افزارِ ايده‌آل و همچنين غير ايده‌آل ارزيابي شده و نشان داده مي‌شود كه عملكردِ آن نسبت به عملكردِ چارچوبِ مرسومِ‌MMSE-ZF (چارچوبِ متشكل از تخمينگرِ‌ حداقل ميانگينِ مربعاتِ خطا‌‌ (MMSE) و آشكارسازِ صفر كننده‌ (ZF)) تقريباً 6 برابر بهتر مي‌باشد. همچنين، در اين پروژه، براي مقاوم‌سازيِ سيستمِ مايمو انبوه در برابر آلودگي پايلوتِ قانوني دو الگوريتمِ وفقيِ حداقل ميانگينِ مربعاتِ نرماليزه‌ (NLMS) و حداقل مربعاتِ بازگشتي‌ (RLS) براي تخمين كانال‌هاي غير همبسته پيشنهاد مي‌گردد. پياده‌سازيِ الگوريتم‌هاي پيشنهادي نياز به رشته پايلوت‌هاي متعامد ندارد. در حاليكه الگوريتمِ‌NLMS پيچيدگيِ كمتري داشته و در كانال‌هاي با تلفاتِ پايين عملكرد مناسبي دارد، الگوريتمِ‌RLS پيچيده‌تر بوده و كاراييِ طيفيِ مطلوب‌تري را فراهم مي‌نمايد. در شبيه‌سازي‌ها، عملكردِ دو روشِ پيشنهادي ارزيابي شده و با تخمينگرِ‌MMSE مقايسه مي‌گردد. در حضورِ آلودگي پايلوتِ قانوني، اگرچه كاراييِ طيفيِ سيستمِ مايمو انبوهِ مجهز شده به تخمينگرِ‌MMSE با افزايش تعداد آنتن‌هاي ايستگاه مركزي به حالت اشباع مي‌رود، وليكن براي دو الگوريتمِ پيشنهادي اين اتفاق رخ نداده و كاراييِ طيفي روندِ صعودي خود را حفظ مي‌كند.

193636

دانشگاه علم و صنعت ايران

دكتر اميل بيرسون

مخابرات سيستم

دكتر سيد محمد رضوي زاده