Resurssioptimointi hajautetussa Massive MIMO signalointi- ja laitteistorajoitusten alaisuudessa

Hajautetut massiiviset moniantennijärjestelmät (MIMO) koostuvat useista laajalle alueelle sijoitetuista yhteyspisteistä ja radiopäätteistä (AP ja RRH), jotka on yhdistetty keskusyksiköihin kanavatiedon (CSI) vaihtoa varten etuväylälinkkien kautta, palvellen käyttäjälaitteita (UE) verkossa koordinoidusti. Ihannetapauksessa tämä järjestely poistaa solujen välisen häiriön ja takaa tasalaatuisen palvelun kaikille käyttäjille.

Työn ensimmäisessä osassa esitämme hajautetun keilanmuodostuksen suunnittelukehyksen, joka poistaa CSI-vaihdon etuväyläsignaloinnin rajoituksia yhteistyökeilanmuodostuksen toteutuksessa. Alalinkin (DL) yhteistyökeilanmuodostusta varten esitämme AP:ille uuden resurssin suorasignalointiin (OTA), jonka avulla CSI-ristitermien tieto saadaan selvitettyä ilman tavallista etuväylälinkkien käyttöä. Erityisesti kaksisuuntaisen keilankoulutusmenetelmän avulla, joka hyödyntää ehdotettua OTA-signalointia, verkonlaajuinen keilanmuodostus voidaan hoitaa paikallisesti jokaisessa AP:ssä. Tämän lisäksi laajennamme ehdotettua suunnittelukehystä ylälinkin (UL) keilanmuodostuksen yhteislaskentasuunnitteluun AP:issä.

Työn toisessa osassa esitämme kaksisuuntaisen koulutusmenetelmän DL- ja ULkeilanmuodostuksen suunnitteluun sekä keskitetysti että hajautetusti. Tämä lähestymistapa lievittää DL- ja UL-keilanmuodostuksen erillisen koulutuksen signalointikuormaa parantaen käytännöllistä tiedonsiirtonopeutta. Lisäksi DL ja UL hajautetun keilanmuodostuksen koulutuksen signalointikuormaa minimoidaan luomalla yksittäisiä monilähetyskeiloja palvelemaan UE-pareja, jotka toimivat joko ala- tai ylälinkissä.

Työn kolmannessa osassa optimoimme UE:n lähetystehon ylälinkissä ottaen huomioon kustannustehokkaan ja energiapihin RF-laitteiston käytön RRH:ssa. 1-bittisten AD-muuntimien käytön takia ei-Gaussinen kvantisointivääristymä aiheuttaa signaali-kohina-vääristymä-suhteen (SINDR) epämonotonisuutta UE:n lähetystehon suhteen. SINDR analyysi osoittaa, että oikeanlainen kohinasäätö RRH:ssä palauttaa unimodaalin SINDR-käyttäytymisen. Tämän ansiosta ehdotamme eri menetelmiä UE:n tehonsyötön ja RRH-kohinasäätöjen yhteisoptimointiin UL-suorituskyvyn parantamiseksi.

Tässä työssä esittämämme täysin hajautetut keilanmuodostustekniikat päihittävät yhteistyötä hyödyntämättömät ratkaisut ja tarjoavat skaalautuvuutta käytännön sovelluksiin suurissakin verkoissa. Lisäksi RRH:t, joissa on 1-bittiset AD-muuntimet, hyötyvät merkittävästi yhteisvastaanotosta useiden RRH:ien kautta monissa eri skenaarioissa.