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영문 요약 (English Summary)
Cell-Free Massive MIMO Meets OTFS Modulation Mohammadi, Member, IEEE, Hien Quoc Ngo, Senior Member, IEEE, and Michail Matthaiou, Senior Member, IEEE Abstract—We provide the first-ever performance evaluation for coordinating the coherent joint transmission and reception of orthogonal time frequency space (OTFS) modulation in cell-free massive multiple-input multiple-output (MIMO) systems. Each AP is equipped with one or a small number of antennas, while still able to exploit favorable propagation and channel hardening properties. We apply embedded pilot-aided and superimposed pilot-based channel estimation methods, derive closed-form expressions for the individual user downlink and uplink spectral beamforming schemes that can be deployed at APs, combining efficiencies (SEs) as a function of numbers of APs, users, received signals in uplink. Based on OTFS modulation performance with embedded pilot-based channel estimation, we investigate the downlink [5], [6] and derive new scaling laws that sustain desirable quality of service power should satisfy to maintain high data rates for emerging services such as virtual reality, augmented reality, online gaming, etc., while accommodating various types.
한글 요약 (Korean Summary)
세포가없는 대규모 MIMO는 OTFS 변조 Mohammadi, 회원, IEEE, Hien Quoc NGO, 선임 멤버, IEEE 및 IEEE Abstract의 Michail Matthaiou 회원을 충족시킵니다. 우리는 셀 수없는 다중 대규모 대규모 대규모 대규모 대규모 대규모 대규모 대규모 대규모 대규모 대규모 대규모 대규모 대규모 대규모 대규모 대량 공간 (OTFS) 수정을 조정하기위한 최초의 성능 평가를 제공합니다. 각 AP에는 하나 또는 소수의 안테나가 장착되어 있지만 여전히 유리한 전파 및 채널 경화 특성을 악용 할 수 있습니다. 우리는 임베디드 파일럿 보조 및 중첩 파일럿 기반 채널 추정 방법을 적용하고, APS (SES)를 APS, 사용자, 업 링크에서 수신 된 신호의 함수로서 효율성 (SES)을 결합한 APS에 배치 할 수있는 개별 사용자 다운 링크 및 업 링크 스펙트럼 빔 포맷 체계에 대한 폐쇄 형식 표현식을 도출합니다. 내장 된 파일럿 기반 채널 추정을 통한 OTFS 변조 성능을 기반으로, 다운 링크 [5], [6]를 조사하고 바람직한 서비스의 품질을 유지하는 새로운 스케일링 법률을 도출하는 것은 가상 현실, 증강 현실, 온라인 게임 등과 같은 신흥 서비스에 대한 높은 데이터 속도를 유지하기 위해 만족해야합니다.
주요 기술 용어 설명 (Key Technical Terms)
이 논문의 핵심 개념을 이해하는 데 도움이 될 수 있는 주요 기술 용어와 그 설명을 제공합니다. 각 용어 옆의 링크를 통해 관련 외부 자료를 검색해 보실 수 있습니다.
- Cell-Free Massive MIMO Systems [Wikipedia (Ko)] [Wikipedia (En)] [나무위키] [Google Scholar] [Nature] [ScienceDirect] [PubMed]
설명: MIMO (Muste Musive Multipleput Multiple-Output) 시스템은 지리적 영역에 배포 된 많은 액세스 포인트가있는 무선 통신 네트워크를 참조하여 시간 부서 듀플렉스를 통해 많은 사용자에게 서비스를 제공합니다. 이 시스템은 전면 운반 네트워크를 통해 연결되며 차량에 대한 차량 통신, 무인 차량 등과 같은 높은 이동성 시나리오를 제공하여 각 사용자에게 충분한 스펙트럼 효율을 보장합니다.
(Original: Cell-free massive multiple-input multiple-output (MIMO) systems refer to wireless communication networks with a large number of access points distributed over a geographic area, serving many users through time division duplex. These systems are connected via front haul networks and serve high mobility scenarios such as vehicle to vehicle communications, unmanned vehicles, etc., ensuring sufficient spectral efficiency for each user.) - OTFS Modulation [Wikipedia (Ko)] [Wikipedia (En)] [나무위키] [Google Scholar] [Nature] [ScienceDirect] [PubMed]
설명: 직교 시간 주파수 공간 (OTFS) 변조는 OTFS 변조의 잠재력을 대콜 된 통신으로 활용하여 셀 프리 대규모 MIMO 시스템에서 유리한 전파 및 채널 경화 특성을 유지하는 기술이다 [10]. 지연 도플러 도메인에서 시간 주파수 도메인으로 2D 변환을 통해 각 심볼은 OTFS 프레임 위의 전체 TF 도메인 채널에 걸쳐 있습니다. 이 표현은 소형 및 희소 관찰을 허용하는 동시에 비율 시스템 [14] 등의 최대 블록 처리를 가능하게하여 각 사용자에 대한 충분한 스펙트럼 효율을 보장합니다.
(Original: Orthogonal Time Frequency Space (OTFS) modulation is a technique that maintains favorable propagation and channel hardening properties in cell-free massive MIMO systems by exploiting the potential of OTFS modulation into colocated communications [10]. Through 2D transformation from delay Doppler domain to time frequency domain, each symbol will span the entire TF domain channel over an OTFS frame. This representation allows for compact and sparse observation [13] while enabling maximum blocks processing in ratio systems [14], etc., ensuring sufficient spectral efficiency for each user.) - Embedded Pilot-based Channel Estimation [Wikipedia (Ko)] [Wikipedia (En)] [나무위키] [Google Scholar] [Nature] [ScienceDirect] [PubMed]
설명: EP (Embedded Pilot)-이드 채널 추정은 OTFS 변조 및 공동 통신을 고려하여 APS에서 불확실성으로 채널 이득을 추정하는 방법을 말합니다 [15]. EP 기반 채널 추정은 각 사용자에 대해 충분한 스펙트럼 효율을 보장하면서 비율 시스템 [14]에서 최대 블록 처리를 가능하게하여 각 사용자에 대한 충분한 스펙트럼 효율을 보장합니다.
(Original: Embedded pilot (EP)-aided channel estimation refers to methods that estimate channel gains with uncertainty at APs, taking into account OTFS modulation and colocated communications [15]. EP-based channel estimation ensures sufficient spectral efficiency for each user while enabling maximum blocks processing in ratio systems [14], etc., ensuring sufficient spectral efficiency for each user.) - Superimposed Pilot-Based Channel Estimation [Wikipedia (Ko)] [Wikipedia (En)] [나무위키] [Google Scholar] [Nature] [ScienceDirect] [PubMed]
설명: 중첩 된 파일럿 (SP)-기반 채널 추정은 OTFS 변조 및 공동 통신을 고려하여 APS에서 불확실성으로 채널 이득을 추정하는 방법을 말합니다 [16]. SP는 각 사용자에 대해 충분한 스펙트럼 효율을 보장하면서 비율 시스템 [14]에서 최대 블록 처리를 가능하게하여 각 사용자에 대한 충분한 스펙트럼 효율을 보장합니다.
(Original: Superimposed pilot (SP)-based channel estimation refers to methods that estimate channel gains with uncertainty at APs, taking into account OTFS modulation and colocated communications [16]. SP ensures sufficient spectral efficiency for each user while enabling maximum blocks processing in ratio systems [14], etc., ensuring sufficient spectral efficiency for each user.) - Scaling Laws [Wikipedia (Ko)] [Wikipedia (En)] [나무위키] [Google Scholar] [Nature] [ScienceDirect] [PubMed]
설명: 스케일링 법률은 APS와 사용자의 전송 전력을 고려하여 내장 된 파일럿 기반 채널 추정을 통해 OTFS 변조 성능에서 파생 된 새로운 표현을 말하며, 사용자의 전송력은 가상 현실, 증강 현실, 온라인 게임 등과 같은 신흥 서비스에 대한 높은 데이터 속도를 유지하기 위해 만족해야합니다 [17]. 이 법률은 각 사용자에게 충분한 스펙트럼 효율을 보장합니다.
(Original: Scaling laws refer to new expressions derived from OTFS modulation performance with embedded pilot-based channel estimation, taking into account APs and users’ transmit power should satisfy to maintain high data rates for emerging services such as virtual reality, augmented reality, online gaming, etc., while accommodating various types [17]. These laws ensure sufficient spectral efficiency for each user.)
원문 발췌 및 번역 보기 (Excerpt & Translation)
원문 발췌 (English Original)
1 Cell-Free Massive MIMO Meets OTFS Modulation Mohammadali Mohammadi, Member, IEEE, Hien Quoc Ngo, Senior Member, IEEE, and Michail Matthaiou, Senior Member, IEEE Abstract—We provide the first-ever performance evaluation for coordinating the coherent joint transmission and reception. of orthogonal time frequency space (OTFS) modulation in cell- Although each AP is equipped with one or a small number free massive multiple-input multiple-output (MIMO) systems. of antennas, cell-free massive MIMO is still able to exploit To investigate the trade-off between performance and overhead, both favorable propagation and channel hardening properties, we apply embedded pilot-aided and superimposed pilot-based channel estimation methods. We then derive a closed-form similar to colocated massive MIMO [4]. Therefore, simple expression for the individual user downlink and uplink spectral beamforming schemes can be deployed at the APs to combine efficiencies (SEs) as a function of the numbers of APs, users and the received signals in uplink and to precode the symbols2022 delay-Doppler domain channel estimate parameters. Based on in the downlink [5], [6]. Moreover, with channel hardening, these analytical results, we also present new scaling laws that decoding the signals using the channel statistics can provide the AP’s and user’s transmit power should satisfy, to sustain a desirable quality of service. It is found that when the number sufficiently good performance [4], [7]. Nevertheless, high-Sep of APs, Ma, grows without bound, we can reduce the transmit mobility scenarios, such as high-speed railways [8], vehicle to vehicle (V2V) communications, and unmanned aerial vehicles27 respectively,power of eachduringuser theanduplinkAP proportionallyand downlink tophases.1/MaWeandcompare1/Ma,2 (UAV) communications have remained largely unexplored. the OTFS performance with that of orthogonal frequency division These systems, wherein a large number of high-mobility multiplexing (OFDM) at high-mobility conditions. Our findings reveal that, OTFS modulation with embedded pilot-based channel users require high data rates services with low latencies, will estimation provides…
발췌문 번역 (Korean Translation)
1 세포가없는 대규모 MIMO는 OTFS 변조 Mohammadali Mohammadi, 회원, IEEE, Hien Quoc NGO, IEEE, IEEE, IEEE 선임 멤버 인 Michail Matthaiou, IEEE Abstract를 충족시킵니다. 셀에서 직교 시간 주파수 공간 (OTFS) 변조-각 AP에는 하나 또는 소수의 대량의 다중 입력 다중 출력 (MIMO) 시스템이 장착되어 있지만. 안테나의 세포가없는 대규모 MIMO는 여전히 성능과 오버 헤드 간의 트레이드 오프, 유리한 전파 및 채널 경화 특성 사이의 상충 관계를 조사하기 위해 여전히 악용 할 수 있으며, 내장 된 파일럿 보조 및 중첩 된 파일럿 기반 채널 추정 방법을 적용합니다. 그런 다음 대장 된 대규모 MIMO와 유사한 폐쇄 형식을 도출합니다 [4]. 따라서, 개별 사용자 다운 링크 및 업 링크 스펙트럼 빔 포밍 체계에 대한 간단한 표현은 APS에서 APS (Sefficies) (SES)를 결합하여 APS, 사용자 및 고급 신호의 함수로 결합하여 Symbols2022 Delop-Doppler Domain Channel 추정 파라미터를 선보일 수 있습니다. 다운 링크에 기초하여 [5], [6]. 또한 채널 경화와 함께 이러한 분석 결과를 통해 채널 통계를 사용하여 신호를 해독하는 새로운 스케일링 법률을 제시하면 AP의 전송 전력이 충족되어 바람직한 서비스 품질을 유지해야합니다. 숫자가 충분히 좋은 성능이 좋을 때 [4], [7]. 그럼에도 불구하고 APS, MA의 높은 SEP는 경계없이 성장하며, 우리는 고속 철도 [8], 차량 투 차량 (V2V) 통신 및 무인 공중 차량과 같은 전송 이동성 시나리오를 줄일 수 있습니다. 미개척. OTFS 성능은 직교 주파수 분할의 성능을 가진 이들 시스템의 성능으로,이 시스템은 높은 변동 조건에서 다수의 고전성 멀티플렉싱 (OFDM)을 사용한다. 우리의 발견은 내장 된 파일럿 기반 채널 사용자가있는 OTFS 변조가 낮은 대기 시간을 갖는 높은 데이터 요금 서비스를 필요로하고, 추정이 제공 할 것임을 보여줍니다.
출처(Source): arXiv.org (또는 해당 논문의 원 출처)
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