Energy efficiency of massive MIMO systems

Abstract

Son zamanlarda, kablosuz haberleşme cihazlarındaki şaşırtıcı ve sürekli artıştan dolayı, kablosuz haberleşme sistemlerinde, veri trafiğinde muazzam bir artış görülmektedir. Bu kablosuz haberleşme yapan cihazlar, sistemleri ve uygulamalardaki ilerlemeleri birbirine bağlarlar. Bu sistemler baştan başa yüksek veri gerektirir. Bu durum, artan talebi karşılamak için kablosuz haberleşme ağlarını kısıtlar. Tabletler gibi enerji tüketen cihazların artan yaygın kullanımına parallel, çevresel etkilere ve bol enerji kaynaklarına ek olarak, son yıllarda, haberleşme sistemlerinde tüketilen enerji miktarına artan bir ilgi görülmektedir. Sistemin performansını değerlendirmek için yeni bir faktör ortaya çıktı. Bu faktör, joule başına iletilen bitlerin sayısını temsil eden enerji verimidir. Çok fazla miktarda kullanıcı cihazlarına aynı anda hizmet veren çok fazla anten ile donatılmış (Massive) MIMO sistemler, yüksek very oranları için gelecek vaad eden teknolojilerden bir tanesidir. Bu sistem, geleneksel haberleşme sistemleri ile karşılaştırıldığın yüksek enerji verimine sahiptir. Bu tezde, tek bir hücre ve çoklu hücre senaryolarında, çok kullanıcılı massive MIMO sistemini araştıracağız. Enerji verimini esas alarak, hem sıfıra zorlama (ZF) hemde maksimum oranlı birleştirme (MRC) doğrusal işlemde, baz istasyonundaki antenlerin sayısı, kullanıcıların sayısı, kanal durum bilgisi, yeniden kullanma faktörü, öncü işarete karışan başka işaretler ve kapsama alanının etkisi gibi pekçok parametre araştırılmıştır. Sistem içinmaksimumenerji verimi sağlayan parametrelerin en iyi değerlerini bulmak için yeni algoritmalar önerilmiştir.

Recently wireless communication systems have seen enormous growth in data traffic due to dramatically and continuously increasing in wireless devices that connect to the systems and advances in applications that require high data throughput, this constrain the wireless communication networks to meet this growing demands. In parallel with this development widespread use of energy-consuming devices, such as tablets etc., in addition to abundant in energy resources and environmental impacts, last years have seen a growing interest in the amount of energy consumed in the telecommunication systems, and a new factor is appeared to evaluate the system performance, which is energy efficiency (EE) representing the number of bits that can be transmitted per joule. Massive MIMO, when base station equips with hundreds of antennas to serve simultaneously big numbers of user equipments (UEs) is one of the promise technology for high data rate and high energy efficiency systems comparing with traditional systems.In this thesis, consider multi-user massive MIMO system in the single cell and multi-cell scenario. By emphasis on energy efficiency many parameters like numbers of base station antennas, numbers of users, channel state information, reuse factor, pilot contamination and effect of coverage area are investigated in both zero-forcing ZF and maximum ratio combining MRC linear processing.New algorithms are proposed to find the best values of parameters which give maximum energy efficiency for the system.