مقاله تجزیه و تحلیل عملکرد و بهینه سازی برای ارتباطات باند پهن به کمک آنتن متحرک

چکیده

Movable antenna (MA) has emerged as a promising technology to enhance wireless communication performance by enabling the local movement of antennas at the transmitter (Tx) and/or receiver (Rx) for achieving more favorable channel conditions. As the existing studies on MA-aided wireless communications have mainly considered narrow-band transmission in flat fading channels, we investigate in this paper the MA-aided wideband communications employing orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) in frequency-selective fading channels. Under the general multi-tap field-response channel model, the wireless channel variations in both space and frequency are characterized with different positions of the MAs. Unlike the narrow-band transmission where the optimal MA position at the Tx/Rx simply maximizes the single-tap channel amplitude, the MA position in the wideband case needs to balance the amplitudes and phases over multiple channel taps in order to maximize the OFDM transmission rate over multiple frequency subcarriers. First, we derive an upper bound on the OFDM achievable rate in closed form when the size of the Tx/Rx region for antenna movement is arbitrarily large. Next, we develop a parallel greedy ascent (PGA) algorithm to obtain locally optimal solutions to the MAs’ positions for OFDM rate maximization subject to finite-size Tx/Rx regions. To reduce computational complexity, a simplified PGA algorithm is also provided to optimize the MAs’ positions more efficiently. Simulation results demonstrate that the proposed PGA algorithms can approach the OFDM rate upper bound closely with the increase of Tx/Rx region sizes and outperform conventional systems with fixed-position antennas (FPAs) under the wideband channel setup.

چکیده به فارسی (ترجمه ماشینی)

آنتن متحرک (MA) با فعال کردن حرکت محلی آنتن ها در فرستنده (TX) و/یا گیرنده (RX) برای دستیابی به شرایط مطلوب کانال ، به عنوان یک فناوری امیدوار کننده برای تقویت عملکرد ارتباطات بی سیم ظاهر شده است.از آنجا که مطالعات موجود در مورد ارتباطات بی سیم به کمک MA ، انتقال باند باریک در کانال های محو کننده مسطح را در نظر گرفته است ، ما در این مقاله ارتباطات پهنای باند به کمک MA را با استفاده از چند برابر فرکانس متعامد (OFDM) در کانال های محو انتخاب فرکانس بررسی می کنیم.تحت مدل کانال پاسخ زمینه چند ضربه ای چند ضربه ای ، تغییرات کانال بی سیم در هر دو فضا و فرکانس با موقعیت های مختلف MAS مشخص می شود.بر خلاف انتقال باند باریک که در آن موقعیت بهینه MA در TX/RX به سادگی دامنه کانال تک ضربه را به حداکثر می رساند ، موقعیت MA در مورد پهنای باند نیاز به تعادل دامنه ها و مراحل بیش از شیرهای کانال چند کانال دارد تا به حداکثر رساندن انتقال OFDM باشد.بیش از چند فروند فرکانس چند برابر کنید.ابتدا ، ما یک حد بالایی را بر روی نرخ دستیابی به OFDM به صورت بسته به دست می آوریم که اندازه منطقه TX/RX برای حرکت آنتن به طور خودسرانه بزرگ باشد.در مرحله بعد ، ما یک الگوریتم صعود موازی (PGA) موازی ایجاد می کنیم تا راه حل های بهینه محلی برای موقعیت های MAS برای حداکثر میزان OFDM در معرض مناطق TX/RX با اندازه محدود باشد.برای کاهش پیچیدگی محاسباتی ، یک الگوریتم PGA ساده نیز برای بهینه سازی مواضع MAS به طور مؤثر ارائه شده است.نتایج شبیه سازی نشان می دهد که الگوریتم های PGA پیشنهادی می توانند با افزایش اندازه منطقه TX/RX به میزان OFDM نزدیک شوند و سیستم های معمولی را با آنتن های با موقعیت ثابت (FPA) تحت تنظیم کانال پهنای باند قرار دهند.