The emerging cell-free massive multiple-input multiple-output (CF-mMIMO) is a promising scheme to tackle the capacity crunch in wireless networks. Designing the optimal fronthaul network in the CF-mMIMIO is of utmost importance to deploy a cost- and energy-efficient network. In this paper, we present a framework to optimally design the fronthaul network of CF-mMIMO utilizing optical fiber and free space optical (FSO) technologies. We study an uplink data transmission of the CF-mMIMO network wherein each of the distributed access points (APs) is connected to a central processing unit (CPU) through a capacity-limited fronthaul, which could be the optical fiber or FSO. Herein, we have derived achievable rates and studied the network's energy efficiency in the presence of power consumption models at the APs and fronthaul links. Although an optical fiber link has a larger capacity, it consumes less power and has a higher deployment cost than that of an FSO link. For a given total number of APs, the optimal number of optical fiber and FSO links and the optimal capacity coefficient for the optical fibers are derived to maximize the system's performance. Finally, the network's performance is investigated through numerical results to highlight the effects of different types of optical fronthaul links.


翻译:新兴的无细胞型大规模多投入产出(CF-mMIMO)是解决无线网络容量紧缩的一个很有希望的计划。在CF-mMIMIO中设计最佳前台网络对于部署成本和能源效率高的网络至关重要。在本文中,我们提出了一个框架,以便利用光纤和自由空间光学(FSO)技术,最佳地设计CF-mIMIMO前台网络。我们研究了CF-mMIMO网络的上端数据传输,其中每个分布式接入点都通过有限能力前台网络连接中央处理单位(CPU),这可以是光纤或FSO。在这里,我们从APs和前台链接中的电力消费模型中得出了可实现的费率并研究了网络的能效。虽然光纤连接的容量较大,但耗电量比FSO链接的部署成本更高。对于总数量而言,光纤和FSO链接的最优化数量,光纤和FSO网络链接的优化数量,也是通过光纤系统最高级性能到光学最强的图像。

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