Published January 7, 2022 | Version v1
Publication Open

On Channel Estimation and Power Control for Multi-cell Multi-path Massive MIMO TDD System

Creators

  • 1. Cadi Ayyad University
  • 2. École Normale Supérieure
  • 3. École Normale Supérieure d'Abidjan

Description

Abstract Some more practical channels that model the networks in a real environment is the multi-path communication channels. In order to investigate these communications channels. This work addressed Channel Estimation (CE) in the Uplink (UL) phase for a multi-cell multi-user massive multipleinput multiple-output (M-MIMO) system that studies multi-path communication between each user and its serving Base Station (BS). We suppose that the network operates under Time-Division Duplex (TDD) protocol. We studied and analyzed the multi-path channels and their benefit over CE since it presents a more realistic channel that displays a real propagation circumstance. on the flip side, we evaluated the CE quality using ideal MinimumMean Square Error (MMSE). This latter relies on an impractical property that can be explicated since the MMSE estimator considers foreknowledge on Large-Scale Fading (LSF) coefficients of interfering users. Thus, the suggested estimator is introduced to overcome this issue, where the suggested estimator tackled this problem and presented result asymptotic approaches to the performance of the MMSE estimator. Besides, we considered a more real communication in which the multi-path channels are either realized using Non-Line-of-Sight (NLoS) only or using both Line-of-Sight (LoS) and NLoS path depending on the distance at which the user is located from his serving BS. Otherwise, in numerous scenarios, users at the cell edge are strongly affected by Pilot Contamination (PC). Hence, we introduced a Power Control (PoC) policy so that the users at the cell edge are less affected by the PC problem. In the simulation results segment, the analytic and simulated results are introduced to assert our theoretical study.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

بعض القنوات الأكثر عملية التي تشكل الشبكات في بيئة حقيقية هي قنوات الاتصال متعددة المسارات. من أجل التحقيق في قنوات الاتصال هذه. تناول هذا العمل تقدير القناة (CE) في مرحلة الوصلة الصاعدة (UL) لنظام متعدد المستخدمين متعدد الخلايا متعدد المدخلات متعدد المخرجات (M - MIMO) الذي يدرس الاتصالات متعددة المسارات بين كل مستخدم والمحطة الأساسية التي تخدمه (BS). نفترض أن الشبكة تعمل بموجب بروتوكول Time - Division Duplex (TDD). درسنا وحللنا القنوات متعددة المسارات وفائدتها على CE لأنها تقدم قناة أكثر واقعية تعرض ظرف انتشار حقيقي. على الجانب الآخر، قمنا بتقييم جودة CE باستخدام خطأ مربع الحد الأدنى المتوسط المثالي (MMSE). يعتمد هذا الأخير على خاصية غير عملية يمكن شرحها لأن مقدر MMSE يأخذ في الاعتبار المعرفة المسبقة حول معاملات التلاشي على نطاق واسع (LSF) للمستخدمين المتدخلين. وبالتالي، يتم تقديم المقدر المقترح للتغلب على هذه المشكلة، حيث عالج المقدر المقترح هذه المشكلة وقدم مناهج مقاربة للنتائج لأداء مقدر MMSE. إلى جانب ذلك، اعتبرنا اتصالًا أكثر واقعية حيث يتم تحقيق القنوات متعددة المسارات إما باستخدام مسار خط البصر (NLoS) فقط أو باستخدام كل من مسار خط البصر (LoS) ومسار خط البصر (NLoS) اعتمادًا على المسافة التي يقع فيها المستخدم من BS الذي يخدمه. خلاف ذلك، في العديد من السيناريوهات، يتأثر المستخدمون عند حافة الخلية بشدة بالتلوث التجريبي (PC). وبالتالي، قدمنا سياسة التحكم في الطاقة (PoC) بحيث يكون المستخدمون على حافة الخلية أقل تأثرًا بمشكلة الكمبيوتر. في قسم نتائج المحاكاة، يتم تقديم النتائج التحليلية والمحاكاة لتأكيد دراستنا النظرية.

Translated Description (French)

Résumé Certains canaux plus pratiques qui modélisent les réseaux dans un environnement réel sont les canaux de communication multi-trajets. Afin d'enquêter sur ces canaux de communication. Ce travail a porté sur l'estimation de canal (CE) dans la phase de liaison montante (UL) pour un système multicellulaire multi-utilisateur à entrées multiples et sorties multiples (M-MIMO) qui étudie la communication multi-trajet entre chaque utilisateur et sa station de base (BS) de desserte. Nous supposons que le réseau fonctionne sous le protocole TDD (Time-Division Duplex). Nous avons étudié et analysé les canaux multi-trajets et leur avantage par rapport à CE car il présente un canal plus réaliste qui affiche une circonstance de propagation réelle. D'un autre côté, nous avons évalué la qualité CE en utilisant l'erreur carrée minimale idéale (MMSE). Ce dernier repose sur une propriété peu pratique qui peut être expliquée puisque l'estimateur MMSE considère la connaissance préalable sur les coefficients d'évanouissement à grande échelle (LSF) des utilisateurs interférents. Ainsi, l'estimateur suggéré est introduit pour surmonter ce problème, où l'estimateur suggéré s'est attaqué à ce problème et a présenté des approches asymptotiques des résultats de la performance de l'estimateur MMSE. En outre, nous avons envisagé une communication plus réelle dans laquelle les canaux multi-trajets sont réalisés en utilisant uniquement la ligne de visée (NLoS) ou en utilisant à la fois la ligne de visée (LoS) et le chemin NLoS en fonction de la distance à laquelle l'utilisateur se trouve par rapport à sa BS de desserte. Sinon, dans de nombreux scénarios, les utilisateurs à la périphérie de la cellule sont fortement affectés par la contamination pilote (PC). Par conséquent, nous avons introduit une politique de contrôle de l'alimentation (PoC) afin que les utilisateurs à la périphérie de la cellule soient moins affectés par le problème du PC. Dans le segment des résultats de simulation, les résultats analytiques et simulés sont introduits pour affirmer notre étude théorique.

Translated Description (Spanish)

Resumen Algunos canales más prácticos que modelan las redes en un entorno real son los canales de comunicación multitrayecto. Con el fin de investigar estos canales de comunicación. Este trabajo abordó la Estimación de Canal (CE) en la fase de Enlace Ascendente (UL) para un sistema multicelular multiusuario de múltiples entradas y múltiples salidas masivas (M-MIMO) que estudia la comunicación de múltiples rutas entre cada usuario y su Estación Base (BS) de servicio. Suponemos que la red opera bajo el protocolo Time-Division Duplex (TDD). Estudiamos y analizamos los canales de múltiples rutas y su beneficio sobre la CE, ya que presenta un canal más realista que muestra una circunstancia de propagación real. Por otro lado, evaluamos la calidad de la CE utilizando el error cuadrático mínimo ideal (MMSE). Esto último se basa en una propiedad poco práctica que puede explicarse ya que el estimador MMSE considera el conocimiento previo de los coeficientes de desvanecimiento a gran escala (LSF) de los usuarios interferentes. Por lo tanto, se introduce el estimador sugerido para superar este problema, donde el estimador sugerido abordó este problema y presentó enfoques asintóticos de resultados para el rendimiento del estimador MMSE. Además, consideramos una comunicación más real en la que los canales de múltiples rutas se realizan utilizando solo la línea de visión (NLoS) o utilizando tanto la línea de visión (LoS) como la ruta NLoS, dependiendo de la distancia a la que se encuentre el usuario desde su BS de servicio. De lo contrario, en numerosos escenarios, los usuarios en el borde de la celda se ven fuertemente afectados por la Contaminación Piloto (PC). Por lo tanto, introdujimos una política de control de potencia (PoC) para que los usuarios en el borde de la celda se vean menos afectados por el problema de la PC. En el segmento de resultados de simulación, se introducen los resultados analíticos y simulados para afirmar nuestro estudio teórico.

Files

latest.pdf.pdf

Files (2.1 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:18a7e6342d079479ba1f189195affb23
2.1 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
تقدير على القناة والتحكم في الطاقة لنظام MIMO TDD الضخم متعدد الخلايا متعدد المسارات
Translated title (French)
Estimation sur canal et contrôle de puissance pour système MIMO TDD massif multivoie multicellulaire
Translated title (Spanish)
Estimación en el canal y control de potencia para el sistema mimo TDD masivo multicelular y multitrayecto

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4205373314
DOI
10.21203/rs.3.rs-454402/v1

Is supplement to
https://openalex.org/W4306950403 (Other)
https://openalex.org/W4300167711 (Other)
https://openalex.org/W3104030016 (Other)
https://openalex.org/W2982213597 (Other)
https://openalex.org/W2963347964 (Other)
https://openalex.org/W2806700348 (Other)
https://openalex.org/W22721396 (Other)
https://openalex.org/W2253573804 (Other)
https://openalex.org/W2168752585 (Other)
https://openalex.org/W1994455657 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Morocco

References

  • https://openalex.org/W1505143841
  • https://openalex.org/W1516185633
  • https://openalex.org/W1518945650
  • https://openalex.org/W2061134945
  • https://openalex.org/W2070856809
  • https://openalex.org/W2084304524
  • https://openalex.org/W2091012876
  • https://openalex.org/W2121315337
  • https://openalex.org/W2124541664
  • https://openalex.org/W2138706041
  • https://openalex.org/W2141682101
  • https://openalex.org/W2145013959
  • https://openalex.org/W2145417574
  • https://openalex.org/W2147601077
  • https://openalex.org/W2152999056
  • https://openalex.org/W2530073819
  • https://openalex.org/W2539198515
  • https://openalex.org/W2770606349
  • https://openalex.org/W2783190582
  • https://openalex.org/W2804290997
  • https://openalex.org/W2962785465
  • https://openalex.org/W3002595272
  • https://openalex.org/W3106282754
  • https://openalex.org/W3112681748
  • https://openalex.org/W3151595784
  • https://openalex.org/W4206180546