تحسين اتصالات الجيل الخامس باستخدام تشكيل الاتساع الاحتمالي المتكيف مع نظام متعدد الإدخال والإخراج الهائل

الباحث

علي شعبان حسوني عبيد

المشرف

ليث علي عبدالرحيم

الجامعة

جامعة بابل

الكلية / القسم

كلية الهندسة / الهندسة الكهربائية

الشهادة

دكتوراه

السنة

2024

لغة الرسالة

انكليزي

الكلمات المفتاحية

5G Communication ; Probabilistic Amplitude Shaping ; Massive MIMO ; Optimization

إن الانتشار السريع لشبكات الجيل الخامس مدفوع بالطلب على الموثوقية العالية dull التي تعالج هذه الاحتياجات MIMO إن تقنية .وكفاءة الطاقة والسعة وكفاءة الطيف من خلال التغلب على تأثيرات القناة دون زيادة قوة الإرسال أو النطاق التردديء هي تقنية (FSO) بالإضافة إلى cll تكتسب بصريات الفضاء الحر .أساسية لشبكات الجيل الخامس شعبية كحل أمامي للشبكات المحمولة بسبب التقدم في النقل القائم على الليزرء مما يوفر .اتصالات بصرية عالية السرعة وقابلة للتطوير وفعالة من حيث التكلفة بسبب قدرتها على تحسين أداء النظام (PAS) زاد الاهتمام بتشكيل السعة الاحتمالية تدرس هذه .ومعدلات البيانات وكفاءة الطيف وقوة الكوكبة، والاقتراب من حد شانون باستخدام مُطابق توزيع التكرارات (SER) IPAS الأطروحة متوسط معدل خطأ الرمز (WCA) ، المُحسّن بواسطة خوارزمية دورة (PAS-MMRDM)pelsell المتعددة المعدل Gaussian sRayleigh يتم تقييم أداء النظام في قنوات لاسلكية مثل .لتحقيق التوزيع الأمثل uniform- بالمقارنة مع .ونماذج التلاشي المركبة sLog-normal sNakagami-m أو تقليل نسبة الإشارة إلى الضوضاء SER على تحسين QAM ، PAS-MMRDM (معدل خطأ SER المطلوبة، مع مكاسب تشكيل تبلغ 1.21 و1.64 و1.81 ديسيبل عند 10-4 في حين أن أداء النظام عبر قنوات .لمعدلات إنتروبيا تبلغ 4 و6 و8 بت/رمز الرمز) في بصريات الفضاء 7310113-03111228)الاضطراب اللوغاريتمي الطبيعي و ، مع تحسين مكسب التشكيل بمقدار 1.4 Uniform-QAM أفضل أيضًا من (FSO) JIQAM . 1.9 ديسيبل ل 16 و32 و64 وما بعدها ولكنها لا تزال غير مستخدمة في أنظمة 50 مناسبة لشبكة PAS تعد تقنية Massive- مع 64-QAM و MMRDM =e 16-QAM ستستخدم هذه الدراسة 5G مع مستويات متنوعة من معدلات التشكيل و التشفير NR-SG لتلبية معايير MIMO يتم تقييم النهج من حيث سعة التخزين والتعقيد ومتوسط نسبة .وهوائيات الإرسال والاستقبال j (SNR) يعمل المخطط المقترح على تحسين نسبة الإشارة إلى الضوضاء .الخطأ في البتات H={3,3.6} ، 64-QAM إنتروبيا ،16-QAM مع:111]بمقدار 6-2 ديسيبل عند 10-6 .كما أنه 155و M-QAM مختلفة مقارنة ب FEC ، ومعدلات (4.8,5.4)-1]إنتروبيا يقلل من سعة ذاكرة التخزين وتعقيد الحساب. باستخدام مطابق التوزيع (PAS) تقدم هذه الأطروحة تطبيق تعديل السعة الاحتمالية على مصفوفة البوابة الميدانية القابلة للبرمجة (MMRDM) المعدل متعدد التكرار في نظام تعدد الإرسال بتقسيم التردد المتعامد 2 “ا 2 متعدد MMRDM تم دمج (FPGA). Xilinx ، والذي يتم تحقيقه من خلال مولد (MIMO-OFDM Jali المدخلات والمخرجات ( والحد الأدنى لمتوسط الخطأ ZF .يتم تطبيق معادلات الخطأ الصفري البسيط ( (XSG) يتضمن MIMO. على جهاز الاستقبال لاكتشاف الإشارة عبر قناة (MMSE) التربيعي يتم إنشاء QAM. النظام أمانًا معزرًا من خلال التخليط القائم على الفوضى مع 16 و64 يتضمن .لتنفيذ الأجهزة Xilinx Kintex-7 KC705 لهذا النظام ل VHDL ملفات كود باستخدام (BER). تقييم الأداء تقييمًَا لسعة التخزين المطلوبة والتعقيد ومعدل خطأ Cul) 6، يتم توجيه النظام بنجاح باستخدام المواردء على سبيل المثال، 0.67 2017.4 Vivado (LUT)%83 ، DSP 48s %1.5 5 ، جداول البحث ، Block RAM (BRAM)%68.6 تظهر نتائج المحاكاة تحسنا في صافي كسب التشكيل Ga QAM, للتشكيل الموحد 64 QAM لحلات المعادل المختلفة مقارنة BER=2 10-4بحوالي )4-2 ديسيبل) عند cam gall, إلى جانب انخفاض ملحوظ في سعة التخزين المطلوبة و انخفاض في التعقيد الحسابي

The rapid deployment of 5G networks is driven by demands for higher reliability, energy efficiency, capacity, and spectrum efficiency. Massive MIMO, which addresses these needs by overcoming channel effects without increasing transmission power or bandwidth, is a key technology for 5G. Additionally, free- space optics (FSO) is gaining popularity as a front-haul solution for mobile networks due to advancements in laser-based transmission, offering high-speed, scalable, and cost-effective optical communication. Interest in Probabilistic Amplitude Shaping (PAS) has increased due to its ability to enhance system performance, data rates, spectral efficiency, and constellation power, approaching the Shannon limit. This thesis examines the average symbol error rate (SER) of PAS using a Modified Multi-Repeat Distribution Matcher (PAS-MMRDM), optimized by the Water Cycle Algorithm (WCA) to achieve optimal distribution. The system's performance is evaluated in wireless channels like Gaussian, Rayleigh, Log-normal, Nakagami-m, and composite fading models. Compared to uniform-QAM, PAS-MMRDM improves SER or reduces the required SNR, with shaping gains of 1.21, 1.64, and 1.81 dB at 10−4 SER for entropy rates of 4, 6, and 8 bits/symbol. While the system performance over Lognormal and Gamma-Gamma Free Space Optical (FSO) turbulence channels is also better than uniform-QAM, with shaping gain improved by 1.4 to 1.9 dB for 16, 32, and 64 QAM. PAS technology is suitable for 5G and beyond but is still not used in 5G systems. This dissertation will employ MMRDM with 16QAM and 64QAM with Massive-MIMO to meet NR-5G standards with varied levels, coding and shaping rates, and transmitter and receiver antennas. The approach is assessed for storage capacity, complexity, and average bit error ratio. The proposed scheme improves SNR by 2-6 dB at 10−6 BER, with 16-QAM entropy H={3,3.6}, 64-QAM entropy H={4.8,5.4}, and various FEC (Forward Error Correction) rates compared to uniform M-QAM and ESS (Enumerative Sphere Shaping). It also reduces storage memory capacity and computation complexity. This thesis introduces the implementation of Probabilistic Amplitude Modulation (PAS) using a Modified Multi-Repeat Distribution Matcher (MMRDM) on a Field Programmable Gate Array (FPGA). The MMRDM is integrated into a 2×2 Multiple Input Multiple Output Orthogonal Frequency Division Multiplexing (MIMO-OFDM) system, realized through the Xilinx System Generator (XSG). Simple Zero-Forced (ZF) and Minimum Mean Squared Error (MMSE) equalizers are applied to the receiver for signal detection across the MIMO channel. The system incorporates enhanced security through chaos-based scrambling with 16 and 64 QAM. VHDL code files for this system are generated for the Xilinx Kintex-7 KC705 for hardware implementation. Performance evaluation includes an assessment of required storage capacity, complexity, and bit error rate (BER). Using Vivado 2017.4, the system is successfully routed with resource utilization, for example, 0.67% Block RAM (BRAM), 68.6% Look-Up Tables (LUT), 83% DSP 48s, and 1.5% registers for 64-QAM uniform modulation. Simulation results demonstrate an improvement in the net shaping gain of approximately (2-4 dB) at BER= 10−4 for different equalizer cases compared to uniform QAM, along with a notable reduction in required storage capacity and computational complexity.

طلب نسخة من الملف

الملفات غير منشورة على الموقع. اترك بياناتك وسيتواصل معك موظفو قسم الشؤون الثقافية والفنون لإرسال النسخة مجاناً.

الاسم

رقم الهاتف

البريد الإلكتروني

الغرض من الطلب (اختياري)

إرسال الطلب