قابلية التوسع في دمج إشارات الوصلة الصاعدة في نظام (Massive MIMO) خالي الخلايا، تحت ظروف الخبو الواقعية والمعالجة المركزية
DOI:
https://doi.org/10.65568/gujes.2026.020105الكلمات المفتاحية:
Massive MIMO، MMSE، P-MMSE، ZF، RZF، TPE-MR، TPE-MMSE، SE، CDFsالملخص
تتناول هذه الورقة دراسة تحليلية لأداء خوارزميات دمج الإشارات في الوصلة الصاعدة (Uplink) لنظام الاتصالات "Massive MIMO" خالي الخلايا (Cell-Free Massive MIMO)، وهو تقنية لاسلكية مستقبلية تهدف إلى إلغاء الحدود بين الخلايا للحد من التداخل البيني. وبخلاف أنظمة "Massive MIMO" التقليدية، تعتمد التوزيعات خالية الخلايا على نقاط وصول (APs) متعددة وموزعة تعمل بشكل تعاوني لخدمة المستخدمين، مما يؤدي إلى تعزيز الكفاءة الطيفية (SE) وتحقيق العدالة في تقديم الخدمة.
قمنا في هذا البحث بتحليل مخططات الدمج المركزية، مثل: "الخطأ التربيعي الأدنى لمتوسط القيم" (MMSE)، و"النسبة القصوى" (MR)، و"تلاشي القوة القسري" (ZF)، و"تلاشي القوة القسري المنظم" (RZF)، وذلك تحت ظروف بيئات خبو "رايلي" (Rayleigh) و"رايسيان" (Rician)، مع مراعاة قيود شبكة النقل الأمامية (Fronthaul) والتعقيد الحسابي. وتعمل محاكاة النظام على تقييم سلوك الكفاءة الطيفية باختلاف عدد نقاط الوصول والهوائيات. وتشير المقارنات إلى أن خوارزميتي (MMSE) و(RZF) حققتا كفاءة طيفية فائقة، ولكن على حساب تعقيد حسابي أعلى. كما اعتُمدت قيمة الكفاءة الطيفية عند احتمالية 90% (90%-likely SE) كمعيار لقياس العدالة وموثوقية النظام
المراجع
[1] T. L. Marzetta, “Noncooperative Cellular Wireless with Unlimited Numbers of Base Station Antennas,” IEEE Trans. Wirel. Commun., vol. 9, no. 11, pp. 3590–3600, Nov. 2010, doi: 10.1109/TWC.2010.092810.091092.
[2] H. Yang and T. L. Marzetta, “A macro cellular wireless network with uniformly high user throughputs,” in IEEE Vehicular Technology Conference, IEEE, Sep. 2014, pp. 1–5. doi: 10.1109/VTCFall.2014.6965818.
[3] S. Zhou, M. Zhao, X. Xu, J. Wang, and Y. Yao, “Distributed wireless communication system: A new architecture for future public wireless access,” IEEE Communications Magazine, vol. 41, no. 3, pp. 108–113, 2003, doi: 10.1109/MCOM.2003.1186553.
[4] F. Rusek, D. Persson, Buon Kiong Lau, E. G. Larsson, T. L. Marzetta, and F. Tufvesson, “Scaling Up MIMO: Opportunities and Challenges with Very Large Arrays,” IEEE Signal Process. Mag., vol. 30, no. 1, pp. 40–60, Jan. 2013, doi: 10.1109/MSP.2011.2178495.
[5] F. Boccardi, R. Heath, A. Lozano, T. L. Marzetta, and P. Popovski, “Five disruptive technology directions for 5G,” IEEE Communications Magazine, vol. 52, no. 2, pp. 74–80, Feb. 2014, doi: 10.1109/MCOM.2014.6736746.
[6] G. Caire and S. Shamai, “On the achievable throughput of a multiantenna Gaussian broadcast channel,” IEEE Trans. Inf. Theory, vol. 49, no. 7, pp. 1691–1706, Jul. 2003, doi: 10.1109/TIT.2003.813523.
[7] P. Viswanath and D. N. C. Tse, “Sum capacity of the vector Gaussian broadcast channel and uplink-downlink duality,” IEEE Trans. Inf. Theory, vol. 49, no. 8, pp. 1912–1921, Aug. 2003, doi: 10.1109/TIT.2003.814483.
[8] S. Vishwanath, N. Jindal, and A. Goldsmith, “Duality, achievable rates, and sum-rate capacity of Gaussian MIMO broadcast channels,” IEEE Trans. Inf. Theory, vol. 49, no. 10, pp. 2658–2668, Oct. 2003, doi: 10.1109/TIT.2003.817421.
[9] A. Burr, M. Bashar, and D. Maryopi, “Ultra-dense Radio Access Networks for Smart Cities: Cloud-RAN, Fog-RAN and ‘cell-free’ Massive MIMO,” Jul. 2023, [Online]. Available: http://arxiv.org/abs/1811.11077
[10] E. Björnson and E. Jorswieck, “Optimal Resource Allocation in Coordinated Multi-Cell Systems,” Foundations and Trends® in Communications and Information Theory, vol. 9, no. 2–3, pp. 113–381, 2013, doi: 10.1561/0100000069.
[11] S. Venkatesan, A. Lozano, and R. Valenzuela, “Network MIMO: Overcoming intercell interference in indoor wireless systems,” in Conference Record - Asilomar Conference on Signals, Systems and Computers, IEEE, Nov. 2007, pp. 83–87. doi: 10.1109/ACSSC.2007.4487170.
[12] J. J. Andrea, Radio Wave Propagation Fundamentals, 2nd Edition. Norwood, MA, USA: Artech House, 2018.
[13] D. Giancristofaro, “Correlation model for shadow fading in mobile radiochannels,” Electron. Lett., vol. 32, no. 11, pp. 958–959, May 1996, doi: 10.1049/el:19960655.
[14] Tsan-Ming Wu, “Generation of Nakagami-m Fading Channels,” in 2006 IEEE 63rd Vehicular Technology Conference, IEEE, 2006, pp. 2787–2792. doi: 10.1109/VETECS.2006.1683376.
[15] Y. S. Cho, J. Kim, W. Y. Yang, and C. G. Kang, MIMO‐OFDM Wireless Communications with MATLAB®. Wiley, 2010. doi: 10.1002/9780470825631.
[16] D. Tse and P. Viswanath, Fundamentals of Wireless Communication. Cambridge University Press, 2005. doi: 10.1017/CBO9780511807213.
[17] T. L. Marzetta, “Noncooperative Cellular Wireless with Unlimited Numbers of Base Station Antennas,” IEEE Trans. Wirel. Commun., vol. 9, no. 11, pp. 3590–3600, Nov. 2010, doi: 10.1109/TWC.2010.092810.091092.
[18] H. Q. Ngo, A. Ashikhmin, H. Yang, E. G. Larsson, and T. L. Marzetta, “Cell-Free Massive MIMO Versus Small Cells,” IEEE Trans. Wirel. Commun., vol. 16, no. 3, pp. 1834–1850, 2017, doi: 10.1109/TWC.2017.2655515.
[19] E. Nayebi, A. Ashikhmin, T. L. Marzetta, and H. Yang, “Cell-Free Massive MIMO systems,” Conf. Rec. Asilomar Conf. Signals Syst. Comput., vol. 2016-Febru, pp. 695–699, 2016, doi: 10.1109/ACSSC.2015.7421222.
[20] S. Buzzi, C. D’andrea, A. Zappone, and C. D’elia, “User-Centric 5G Cellular Networks: Resource Allocation and Comparison with the Cell-Free Massive MIMO Approach,” IEEE Trans. Wirel. Commun., vol. 19, no. 2, pp. 1250–1264, 2020, doi: 10.1109/TWC.2019.2952117.
[21] S. Chen, J. Zhang, J. Zhang, E. Björnson, and B. Ai, “A Survey on User-Centric Cell-Free Massive MIMO Systems,” Oct. 2021, [Online]. Available: http://arxiv.org/abs/2104.13667
[22] E. Bjornson and L. Sanguinetti, “Scalable Cell-Free Massive MIMO Systems,” IEEE Transactions on Communications, vol. 68, no. 7, pp. 4247–4261, Jul. 2020, doi: 10.1109/TCOMM.2020.2987311.
[23] Ö. T. Demir, E. Björnson, and L. Sanguinetti, “Foundations of user-centric cell-free massive MIMO,” Foundations and Trends in Signal Processing, vol. 14, no. 3–4, pp. 162–472, Jan. 2021, doi: 10.1561/2000000109.
[24] Hien Quoc Ngo, E. G. Larsson, and T. L. Marzetta, “Energy and Spectral Efficiency of Very Large Multiuser MIMO Systems,” IEEE Transactions on Communications, vol. 61, no. 4, pp. 1436–1449, Apr. 2013, doi: 10.1109/TCOMM.2013.020413.110848.
[25] S. Wagner, R. Couillet, M. Debbah, and D. T. M. Slock, “Large System Analysis of Linear Precoding in Correlated MISO Broadcast Channels Under Limited Feedback,” IEEE Trans. Inf. Theory, vol. 58, no. 7, pp. 4509–4537, Jul. 2012, doi: 10.1109/TIT.2012.2191700.
التنزيلات
منشور
إصدار
القسم
الرخصة
الحقوق الفكرية (c) 2026 مجلة جامعة غريان للعلوم الهندسية
هذا العمل مرخص بموجب Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
