شبیه‌سازی روش‌های بهینه‌سازی مدیریت در شبکه‌‌های سیستم‌های مخابراتی

سهیلی فر, محمدرضا; محسنی, حسین

شبیه‌سازی روش‌های بهینه‌سازی مدیریت در شبکه‌‌های سیستم‌های مخابراتی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

¹ استادیار دانشکده مهندسی برق دانشگاه علوم دریایی امام خمینی (ره) نوشهر

² دانش اموخته کارشناسی ارشد دانشکده مهندسی برق دانشگاه علوم دریایی امام خمینی(ره)

چکیده

امروزه بهره‌وری انرژی در شبکه‌های مخابراتی در جهت رشد کاربران اهمیت زیادی دارد از این‌رو حضور شبکه پشتیبان بی‌سیم برای طراحی شبکه ناهمگن با بهره‌وری انرژی در شبکه‌های مخابراتی امری مهم به حساب می‌آید. در این مقاله، چارچوب کلی برای تجزیه و تحلیل بهره‌وری انرژی شبکه‌های چند لایه چند ورودی، چند خروجی ناهمگن در حضور لینک‌های پشتیبان بی‌سیم در هر دو جهت فراسو و فروسو در مجموعه‌ای از سیستم‌های مخابراتی با هدف مدیریت بهینه انرژی آن‌ها فراهم شده است. شبکه‌ای با مشختصات مفروض از جمله M آنتن در هر ایستگاه مبنا و K کاربر در هر سلول طراحی شده است و تحلیل کارآیی طیفی و برای حالت فروسو و فراسو، در شرایط مختلف با استفاده از روش‌های مختلف محاسبه و مورد مطالعه قرار گرفته است که متناسب با پیچیدگی و کارآیی طیفی روش مورد نظر اتخاذ می‌شود و مشاهده می‌شود روش یک شیوه نسبتاً رایج می‌تواند باشد، زیرا اجازه محاسبات فرم بسته کارایی طیفی در موارد خاصی مانند کانال‌های فضایی غیر هم-جوار را می‌دهد. همچنین کارآیی انرژی در دو سناریو با توان‌های مختلف مطالعه شده است و مشاهده می‌شود که کارایی انرژی با استفاده از روش‌های مختلف، تابع نامشخصی از توان عملیاتی است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

مهندسی برق-مخابرات - میدان

عنوان مقاله [English]

simulation of management optimization methods in telecommunication systems networks

نویسندگان [English]

mohammadreza soheilifar ¹
hosein moheseni ²

¹ Faculty of Electrical Engineering of Naval sciences, Imam Khomeyni University of Nowshahr, Iran

² Graduated from the Faculty of Electrical Engineering, Imam Khomeini University of Marine Sciences

چکیده [English]

Today, energy efficiency in telecommunication networks is very important for the growth of users, so the presence of a wireless backup network is important for designing a heterogeneous network with energy efficiency in telecommunication networks. In this paper, the general framework for analyzing the energy efficiency of multi-layer multi-input networks, homogenous multi-output. This structure is provided in the presence of wireless backup links in both Up Link-Down Link directions in a set of telecommunication systems with the aim of optimal energy management. The studied network is designed with the assumed specifications of antenna M in each base station and user K in each cell. Spectral efficiency analysis and their complexity for Up Link-Down Link states were calculated and studied under different conditions using different methods. It has been observed that the method can be a common method, as it allows the calculation of the spectral efficiency of the spectral package in certain cases, such as non-adjacent spatial channels. Energy efficiency has also been studied in two scenarios with different powers, and it can be seen that energy efficiency using different methods is an indefinite function of operational power.

کلیدواژه‌ها [English]

Network Management
Network Optimization
Telecommunication Networks

مراجع

[1] Xiaohu Ge, Hui Cheng, Mohsen Guizani, and Tao Han, "5G Wireless Backhaul Networks: Challenges and Research Advances", IEEE Network November/December 2014.

[2] Talha Younas, Jiandong Li, Jehangir Arshad, Muluneh Mekonnen Tulu, "Performance analysis of improved ZF algorithm for massive MIMO in uplink", Electronics Letters, vol. 53, no. 23, pp. 1554-1556, 2017

[3] D. Verenzuela, E. Björnson, L. Sanguinetti, "Spectral and energy efficiency of superimposed pilots in uplink massive MIMO", IEEE Trans. Wireless Commun., vol. 17, no. 11, pp. 7099-7115, Nov. 2018.

[4] Chiranjib Saha, Harpreet S. Dhillon" Millimeter Wave Integrated Access and Backhaul in 5G: Performance Analysis and Design Insights", IEEE Journal on Selected Areas in Communications, Vol 37, no 12, pp 2669 - 2684, 2019.

[5] C. Saha, M. Afshang, H. S. Dhillon, "Bandwidth partitioning and downlink analysis in millimeter wave integrated access and backhaul for 5G", IEEE Trans. Wireless Commun., vol. 17, no. 12, pp. 8195-8210, Dec. 2018.

[6] Chang Li, Jun Zhang, and Khaled B. Letaief, " Throughput and Energy Efficiency Analysis of Small Cell Networks with Multi-Antenna Base Stations", IEEE tran. on wireless comm., vol. 13, no. 5, may 2014.

[7] Daehan Ha, K. Lee, and J. Kang, " Energy Efficiency Analysis with Circuit Power Consumption in Massive MIMO Systems", IEEE 24th International Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio Communications: Fundamentals and PHY Track. 2013.

[8] Emil Björnson, Luca Sanguinetti, "Making Cell-Free Massive MIMO Competitive With MMSE Processing and Centralized Implementation", Wireless Communications IEEE Transactions on, vol. 19, no. 1, pp. 77-90, 2020

[9] E. Björnson, E. Larsson, M. Debbah, "Massive MIMO for maximal spectral efficiency: How many users and pilots should be allocated?", IEEE Trans. Wireless Commun., vol. 15, no. 2, pp. 1293-1308, Feb. 2016.

[10] H. S. Dhillon, R. Krishna Ganti, F. Baccelli, and J. G. Andrews, "Modeling and Analysis of K-Tier Downlink Heterogeneous Cellular Networks", IEEE journal on selected areas in communications, vol. 30, no. 3, april 2012.

[11] Yongqiang Hei, Yongli Liu, Wentao Li, Jiao Liu, Xiaohui Li, "Energy efficiency optimisation of large-scale multiple-input–multiple-output system with transmit antenna selection", Communications IET, vol. 11, no. 8, pp. 1224-1229, 2017.

[12] E. Björnson, J. Hoydis, L. Sanguinetti, "Massive MIMO has unlimited capacity", IEEE Trans. Wireless Commun., vol. 17, no. 1, pp. 574-590, Jan. 2018.

[13] Tony Q. S. Quek, Wang Chi Cheung, and Marios Kountouris, " Energy Efficiency Analysis of Two-Tier Heterogeneous Networks", European Wireless, April 27-29, Vienna, Austria, 2011.

[14] Jiahua Qiu, Kui Xu, Xiaochen Xia, Zhexian Shen, Wei Xie, "Downlink Power Optimization for Cell-Free Massive MIMO Over Spatially Correlated Rayleigh Fading Channels", Access IEEE, vol. 8, pp. 56214-56227, 2020.

[15] Hoydis, J., S. ten Brink, and M. Debbah, “Massive MIMO in the UL/DL of cellular networks: How many antennas do we need?”, IEEE J. Sel. Areas Commun., vol. 31, no. 2, pp. 160–171.2013

[16] S. Tombaz, P. Monti, K. Wang, A. V¨astberg, M. Forzati, and J. Zander, "Impact of Backhauling Power Consumption on the Deployment of Heterogeneous Mobile Networks", IEEE Globecom 2011.

[17] D. Verenzuela, E. Björnson, L. Sanguinetti, "Spectral and energy efficiency of superimposed pilots in uplink massive MIMO", IEEE Trans. Wireless Commun., vol. 17, no. 11, pp. 7099-7115, Nov. 2018.

[18] M. Wildemeersch, T. Q. S. Quek, A. Rabbachin, C. H. Slump, and A. Huang, "Energy Efficient Design of Cognitive Small Cells", IEEE ICC- Cognitive Radio and Networks Symposium, 2013,

[19] S. Hur, T. Kim, D. J. Love, J. V. Krogmeier, T. A. Thomas, and A. Ghosh,``Millimeter wave beamforming for wireless backhaul and access in small cell networks,'' IEEE Trans. Commun., vol. 61, no. 10, pp. 4391_4403, Oct. 2013.

[20] Long Zhao, Kan Zheng, Hang Long, Hui Zhao, Wenbo Wang, "Performance analysis for downlink massive multiple-input multiple-output system with channel state information delay under maximum ratio transmission precoding", Communications IET, vol. 8, no. 3, pp. 390-398, 2014.

[21] Felipe A. P. de Figueiredo, Claudio Ferreira Dias, Fabbryccio A. C. M. Cardoso, Gustavo Fraidenraich, "On the Distribution of an Effective Channel Estimator for Multi-Cell Massive MIMO", Access IEEE, vol. 7, pp. 114508-114519, 2019.

[22] L. Dai, B. Wang, M. Peng, and S. Chen, ``Hybrid precoding-based millimeter-wave massive MIMO-NOMA with simultaneous wireless information and power transfer,'' IEEE J. Select. Areas Commun., vol. 37, no. 1, pp. 131_141, Jan. 2019.

[23] Yang Liu ; Qingxia Feng ; Qiong Wu ; Yinghui Zhang ; Minglu Jin ; Tianshuang Qiu,"Energy- Efficient Hybrid Precoding With Low Complexity for mm Wave Massive MIMO Systems", IEEE Access, vol. 7, 2018.