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http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/60256
Tipo: | Tese |
Título : | Spatial Compatibility Metrics Applied in 5G C-RAN Networks |
Autor : | Costa, Lászlon Rodrigues da |
Tutor: | Silva, Yuri Carvalho Barbosa |
Co-asesor: | Lima, Francisco Rafael Marques |
Palabras clave : | Compatibilidade espacial;Direcionamento de feixes híbrido;DTDD |
Fecha de publicación : | 2020 |
Citación : | COSTA, Lászlon Rodrigues da. Spatial Compatibility Metrics Applied in 5G C-RAN Networks. 2020. 98 f. Tese (Doutorado em Engenharia de Teleinformática) – Universidade Federal do Ceará, Centro de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Teleinformática, Fortaleza, 2020. |
Resumen en portugués brasileño: | Densificação de rede, espectro de ondas milimétricas, e MIMO (do inglês, multiple-input multiple- output) massivo são três das tecnologias chave apontadas pela comunidade científica e pela indústria para atender aos requisitos de capacidade para a quinta geração (5G) das comunicações móveis e além da quinta geração (B5G). No entanto, alguns desafios surgem durante a aplicação destas tecnologias. Esta tese investiga estratégias para resolver alguns problemas inerentes destas tecnologias utilizando métricas de compatibilidade espacial que mapeiam propriedades dos canais MIMO para avaliar o quão eficientemente estes canais podem ser separados no espaço. Esta tese é dividida em duas partes. A primeira parte tem por objetivo controlar a interferência em uma rede de células pequenas utilizando MIMO convencional. A densificação de rede leva a uma rápida flutuação e ao desbalanceamento da demanda de tráfego entre uplink e downlink devido ao reduzido número de usuários em cada célula. A técnica DTDD (do inglês, dynamic time division duplex), em que cada estação rádio base escolhe a direção em que irá transmitir, vem sendo apontada como uma solução promissora. Nestes cenários, surge uma interferência cruzada entre estações rádio base e usuários. Para controlar esta interferência, propõe-se uma métrica de compatibilidade espacial baseada em dois parâmetros que controlam a relação entre atenuação do canal desejado, correlação do canal cruzado e correlação co-canal. A métrica proposta foi analisada em um problema de escalonamento multicelular, o qual foi resolvido utilizando diferentes técnicas de otimização. Na segunda parte, o foco é em HBF (do inglês, hybrid beamforming) em cenários multicelulares operando em frequências milimétricas. Nesta arquitetura, o beamforming é separado em beamforming analógico e precodificador digital. Neste contexto, propõe-se uma solução gulosa baseada em uma métrica de compatibilidade espacial para assinalamento de feixes analógicos. A última proposta desta tese é uma solução para associação de usuários e estações rádio base, bem como para calcular o beamforming analógico e precodificador digital. A associação usuário-base tem como referência a similaridade espacial dos canais com o objetivo de evitar interferência entre células. Também foram considerados problemas de otimização para maximização de taxa e minimização de potência. A solução proposta apresentou um bom custo-benefício entre eficiência energética e capacidade de encontrar soluções. |
Abstract: | Network densification, millimiter wave (mmWave) spectrum frequencies, and massive multiple- input multiple-output (MIMO) are three key technologies pointed out by the research community and industry to meet the system capacity requirements for the fifth generation (5G) of wireless communications and beyond fifth generation (B5G). However, some challenges emerge during the application of these technologies. In this thesis, we investigate strategies to handle some problems inherent to these technologies by using spatial compatibility metrics that map properties of MIMO channels to evaluate how efficiently such channels can be separated in space. This thesis is divided into two parts. The first part aims to handle interference in a conventional MIMO small-cell network. The network densification leads to fast fluctuation and unbalanced traffic demand between uplink and downlink due to the small number of user equipments (UEs) in each cell. Dynamic time division duplex (DTDD), where each base station (BS) chooses its transmission direction, has been considered as a promising solution for this issue. In such scenario, cross-interference is created between BSs and UEs. To manage this interference, a spatial compatibility metric is proposed based on two parameters that control the trade-off between intended channel attenuation, cross-channel correlation, and co-channel correlation. The proposed spatial metric was evaluated in a multi-cell scheduling problem that was solved by using different optimization techniques.. In the second part, the focus is on hybrid beamforming (HBF) multi-cell scenario operating in mmWave frequencies. In such technology, the antenna array of BSs are connected to a smaller number of radio frequency (RF) chains to reduce costs and power consumption. In such architectures, the beamforming is separated into analog beamforming and a digital precoder. In this thesis, a greedy algorithm based on a spatial compatibility metric is proposed for analog-beam assignment. The last proposal of this thesis is a UE-BS association and HBF design framework. The UE-BS association is based on the spatial similarity of the channel to avoid inter-cell interference. The optimization problems for sum-rate maximization and power minimization have also been considered. The proposed framework is shown to achieve a good trade-off between energy efficiency (EE) and feasibility of solutions. |
URI : | http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/60256 |
Aparece en las colecciones: | DETE - Teses defendidas na UFC |
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