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Type: Tese
Title: Optimizing power control in centralized and distributed MIMO Networks: strategies and solutions
Authors: Saraiva, Juno Vitorino
Advisor: Freitas Júnior, Walter da Cruz
Co-advisor: Antonioli, Roberto Pinto
Keywords in Brazilian Portuguese : 5G Sistemas de Comunicação Móveis;Sistemas MIMO;Sistemas de comunicação móvel
Keywords in English : 5G Mobile Communication Systems;MIMO Systems;Mobile Communication Systems
Knowledge Areas - CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA
Issue Date: 2024
Citation: SARAIVA, Juno Vitorino. Optimizing power control in centralized and distributed MIMO networks:Strategies and solutions. 2024. 136 f. Tese (Doutorado em Engenharia de Teleinformática) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2024.
Abstract in Brazilian Portuguese: Sem dúvida, o uso de sistemas MIMO (do inglês, multiple input, multiple output) tem fornecido significantes benefícios para redes móveis desde gerações passadas. Nesse contexto, tanto arquiteturas MIMO centralizadas quanto distribuídas têm sido importantes para a evolução de tecnologias celulares, levando a significativos aperfeiçoamentos em métricas-chave tais como SE (do inglês, spectral efficiency), EE (do inglês, energy efficiency), justiça e QoS (do inglês, quality of service). Entretanto, dois desafios importantes para as atuais arquiteturas MIMO são gerenciar o grande número de dispositivos conectados e eficientemente integrar diferentes tipos de usuários, tais como GUEs (do inglês, ground user equipments) e UAVs (do inglês, uncrewed aerial vehicles), que possuem tanto padrões de mobilidade quanto qualidades de canal radicalmente distintos. Para abordar esses desafios, soluções de RRM (do inglês, radio resource management) são essenciais. Nesse contexto, nós propomos várias estratégias para lidar com diferentes objetivos importantes dentro de redes móveis. Mais especificamente, a primeira parte desta tese foca em redes MIMO centralizadas e introduz soluções de RRM baseadas na teoria de programação fracionária e teoria dos jogos. Além disso, nós consideramos cenários que têm sido menos explorados na literatura, incluindo cenários com modelos de tráfego non-full buffer e modelos de canais autorregressivos correlacionados no tempo. Na segunda parte desta tese, nós assumimos redes MIMO distribuídas. Nesse contexto, nós inicialmente adotamos uma abordagem sob a categoria de potential games para propor uma solução capaz de atender vários objetivos da rede, incluindo SE, EE e justiça. Subsequentemente, nós exploramos cenários envolvendo a coexistência de GUEs e UAVs dentro da mesma rede. Em seguida, empregando ferramentas de otimização convexa e deep learning, nós propomos soluções de RRM capazes de lidar com diferentes níveis de prioridade entre GUEs e UAVs baseados em seus requisitos individuais. Para todos os problemas de RRM abordados nesta tese, soluções descentralizadas são propostas. De fato, comparado a abordagens centralizadas, isso torna-se importante à medida que o número de usuários na rede cresce indefinidamente. Além disso, nós temos o objetivo de propor soluções flexíveis e adaptáveis que podem facilmente se adequar a mudanças de objetivos. Esta flexibilidade é crucial em ambientes de rede dinâmicos e complexos.
Abstract: Definitely, the use of multiple input multiple output (MIMO) systems has provided significant benefits to mobile networks since previous generations. In this context, both centralized and distributed architectures of MIMO systems have been important to the evolution of cellular technologies, leading to significant improvements in key metrics such as spectral efficiency (SE) and energy efficiency (EE), fairness, and quality of service (QoS). However, two important challenges for current MIMO architectures are managing a massive number of connected users and efficiently integrating different types of users, such as ground user equipments (GUEs) and uncrewed aerial vehicles (UAVs), which have radically different mobility patterns and channel qualities. To address these challenges, radio resource management (RRM) solutions are essential. In this context, we propose various strategies to tackle different key objectives within mobile networks. More specifically, the first part of this thesis focuses on centralized MIMO networks and introduces RRM solutions leveraging fractional programming theory and game theory. Moreover, we consider scenarios that have been less explored in the literature, including scenarios with non-full buffer traffic models and time-correlated autoregressive channel models. In the second part of this thesis, we assume distributed MIMO networks. In this context, we initially adopt an approach under the category of potential games to propose a solution capable of attaining various network objectives, including SE, EE, and fairness. Subsequently, we explored scenarios involving the coexistence of GUEs and UAVs within the same network. Then, employing convex optimization and deep learning tools, we propose RRM solutions capable of accommodating diverse priority levels between GUEs and UAVs based on their individual requirements. For all RRM problems addressed in this thesis, decentralized solutions are proposed. Indeed, compared to centralized approaches, this becomes important as the number of users in the network grows indefinitely. Additionally, we aim to propose adaptable and flexible solutions that can easily adjust to changing objectives. This flexibility is crucial in dynamic and complex network environments.
Description in Brazilian Portuguese: Este documento está disponível online com base na Portaria no 348, de 08 de dezembro de 2022, disponível em: https://biblioteca.ufc.br/wp-content/uploads/2022/12/portaria348-2022.pdf, que autoriza a digitalização e a disponibilização no Repositório Institucional (RI) da coleção retrospectiva de TCC, dissertações e teses da UFC, sem o termo de anuência prévia dos autores. Em caso de trabalhos com pedidos de patente e/ou de embargo, cabe, exclusivamente, ao autor(a) solicitar a restrição de acesso ou retirada de seu trabalho do RI, mediante apresentação de documento comprobatório à Direção do Sistema de Bibliotecas.
URI: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/78669
Author's Lattes: http://lattes.cnpq.br/2574782084008151
Advisor's Lattes: http://lattes.cnpq.br/0694425837735193
Co-advisor's Lattes: http://lattes.cnpq.br/8873629835137565
Access Rights: Acesso Aberto
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