Graph‐colouring based pilot assignment to mitigate downlink pilot contamination for cell‐free massive MIMO systems
- 1. Tunis El Manar University
- 2. University of Limoges
- 3. French National Centre for Scientific Research
Description
In cell-free massive multiple-input-multiple-output (CF-MMIMO) systems, a massive number of access points, mastered by central processing units are distributed in a coverage area to serve much smaller number of user equipments (UEs) simultaneously over the same time/frequency resources. In opposition to the centralized MMIMO, CF-MMIMO particularity is that its channel hardening degree is not sufficiently accentuated, thus, it will be judicious to include downlink (DL) pilots in order for the DL channel to be estimated. This paper considers the DL pilot assignment for the CF-MMIMO systems by defining a metric, involving the inter-user interference. This metric gives insights into DL pilot contamination. A threshold is then defined to optimize the number of DL pilots, which maximizes the minimum per-user DL throughput. This approach gives a conflict graph, where each UE is regarded as a vertex of the graph. This is a combinatorial optimization problem that can be approximated using graph-colouring algorithms. The simulation results reveal that the proposed method outperforms interestingly, in terms of per-user DL throughput, the existing methods such as statistical channel state information, the orthogonal, and the random pilot assignment in the DL training.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
في أنظمة المدخلات والمخرجات المتعددة الضخمة الخالية من الخلايا (CF - MMIMO)، يتم توزيع عدد كبير من نقاط الوصول، التي تتقنها وحدات المعالجة المركزية في منطقة تغطية لخدمة عدد أقل بكثير من معدات المستخدم (UEs) في وقت واحد على نفس الوقت/موارد التردد. على عكس MMIMO المركزي، فإن خصوصية CF - MMIMO هي أن درجة تصلب القناة ليست مبرزة بشكل كافٍ، وبالتالي، سيكون من الحكمة تضمين برامج تجريبية للوصلة الهابطة (DL) من أجل تقدير قناة DL. تتناول هذه الورقة المهمة التجريبية لتعلم التصميم لأنظمة CF - MMIMO من خلال تحديد مقياس يتضمن التداخل بين المستخدمين. يعطي هذا المقياس رؤى حول التلوث التجريبي للتعلم الرقمي. ثم يتم تحديد عتبة لتحسين عدد مرشدات رخصة القيادة، مما يزيد من الحد الأدنى لإنتاجية رخصة القيادة لكل مستخدم. يعطي هذا النهج رسمًا بيانيًا للصراع، حيث تعتبر كل وحدة تعليمية رأسًا للرسم البياني. هذه مشكلة تحسين اندماجي يمكن تقريبها باستخدام خوارزميات تلوين الرسوم البيانية. تكشف نتائج المحاكاة أن الطريقة المقترحة تتفوق بشكل مثير للاهتمام، من حيث إنتاجية رخصة القيادة لكل مستخدم، والأساليب الحالية مثل معلومات حالة القناة الإحصائية، والتعيين المتعامد، والتعيين التجريبي العشوائي في تدريب رخصة القيادة.Translated Description (French)
Dans les systèmes sans cellule à entrées multiples et sorties multiples massives (CF-MMIMO), un grand nombre de points d'accès, maîtrisés par les unités de traitement centrales, sont distribués dans une zone de couverture pour desservir un nombre beaucoup plus petit d'équipements utilisateurs (UE) simultanément sur les mêmes ressources de temps/fréquence. Contrairement au MMIMO centralisé, la particularité du CF-MMIMO est que son degré de durcissement du canal n'est pas suffisamment accentué, il sera donc judicieux d'inclure des pilotes de liaison descendante (DL) afin d'estimer le canal DL. Cet article examine l'affectation pilote DL pour les systèmes CF-MMIMO en définissant une métrique, impliquant l'interférence inter-utilisateurs. Cette mesure donne un aperçu de la contamination du pilote DL. Un seuil est ensuite défini pour optimiser le nombre de pilotes DL, ce qui maximise le débit DL minimum par utilisateur. Cette approche donne un graphique de conflit, où chaque UE est considéré comme un sommet du graphique. Il s'agit d'un problème d'optimisation combinatoire qui peut être approché à l'aide d'algorithmes de coloration de graphes. Les résultats de la simulation révèlent que la méthode proposée surpasse de manière intéressante, en termes de débit DL par utilisateur, les méthodes existantes telles que les informations statistiques sur l'état du canal, l'orthogonal et l'affectation aléatoire du pilote dans la formation DL.Translated Description (Spanish)
En los sistemas de entrada múltiple-múltiple salida masiva sin celdas (CF-MMIMO), un número masivo de puntos de acceso, dominados por unidades centrales de procesamiento, se distribuyen en un área de cobertura para servir a un número mucho menor de equipos de usuario (UE) simultáneamente en los mismos recursos de tiempo/frecuencia. En oposición al MMIMO centralizado, la particularidad de CF-MMIMO es que su grado de endurecimiento del canal no está suficientemente acentuado, por lo tanto, será prudente incluir pilotos de enlace descendente (DL) para estimar el canal DL. Este documento considera la asignación piloto de DL para los sistemas CF-MMIMO mediante la definición de una métrica, que involucra la interferencia entre usuarios. Esta métrica proporciona información sobre la contaminación piloto de DL. A continuación, se define un umbral para optimizar el número de pilotos DL, lo que maximiza el rendimiento DL mínimo por usuario. Este enfoque proporciona un gráfico de conflictos, donde cada UE se considera como un vértice del gráfico. Este es un problema de optimización combinatoria que se puede aproximar utilizando algoritmos de coloración de gráficos. Los resultados de la simulación revelan que el método propuesto supera de manera interesante, en términos de rendimiento DL por usuario, los métodos existentes, como la información estadística del estado del canal, la ortogonal y la asignación piloto aleatoria en el entrenamiento DL.Files
cmu2.12245.pdf
Files
(16.0 kB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:07a81d8f534853e2fe2b53f75369a915
|
16.0 kB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- مهمة تجريبية قائمة على التلوين البياني للتخفيف من التلوث التجريبي للوصلة الهابطة لأنظمة MIMO الضخمة الخالية من الخلايا
- Translated title (French)
- Affectation pilote basée sur la coloration graphique pour atténuer la contamination pilote de liaison descendante pour les systèmes MIMO massifs sans cellule
- Translated title (Spanish)
- Asignación piloto basada en la coloración de gráficos para mitigar la contaminación piloto de enlace descendente para sistemas mimo masivos sin celdas
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W3173868028
- DOI
- 10.1049/cmu2.12245
References
- https://openalex.org/W1518945650
- https://openalex.org/W1540562499
- https://openalex.org/W1636094761
- https://openalex.org/W187077493
- https://openalex.org/W1986586714
- https://openalex.org/W1995042902
- https://openalex.org/W2018008632
- https://openalex.org/W2061873132
- https://openalex.org/W2121315337
- https://openalex.org/W2147601077
- https://openalex.org/W2169767092
- https://openalex.org/W2172001221
- https://openalex.org/W2286275639
- https://openalex.org/W2289191545
- https://openalex.org/W2407842861
- https://openalex.org/W2492051176
- https://openalex.org/W250076511
- https://openalex.org/W2742503793
- https://openalex.org/W2770606349
- https://openalex.org/W2782968070
- https://openalex.org/W2802123921
- https://openalex.org/W2932856025
- https://openalex.org/W2963508491
- https://openalex.org/W2963604813
- https://openalex.org/W2964181991
- https://openalex.org/W2968074955
- https://openalex.org/W2984884920
- https://openalex.org/W2991395788
- https://openalex.org/W3010578028
- https://openalex.org/W3044979456
- https://openalex.org/W3099019646
- https://openalex.org/W3106282754
- https://openalex.org/W4231176537