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http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/78781
Tipo: | Dissertação |
Título : | Beyond the wired backhaul: a system-level perspective of heterogeneous networks with wireless backhaul for 5G and beyond |
Título en inglés: | Beyond the wired backhaul: a system-level perspective of heterogeneous networks with wireless backhaul for 5G and beyond |
Autor : | Silva, Gabriel Carlini Monte da |
Tutor: | Monteiro, Victor Farias |
Co-asesor: | Maciel, Tarcisio Ferreira |
Palabras clave en portugués brasileño: | Acesso e backhaul integrados - IAB;Repetidor controlado pela rede - NCR;Rede de acesso a internet;Internet 5G;Superfície reconfigurável inteligente - RIS |
Palabras clave en inglés: | integrated access and backhaul;network- controlled repeater;Smart reconfigurable surface - RIS;Internet access network |
Áreas de Conocimiento - CNPq: | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA::TELECOMUNICACOES |
Fecha de publicación : | 19-jul-2024 |
Citación : | Silva, Gabriel Carlini Monte da. Beyond the wired backhaul: a system-level perspective of heterogeneous networks with wireless backhaul for 5G and beyond. 2024. 87 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Teleinformática) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2024. |
Resumen en portugués brasileño: | A densificação de redes celulares de quinta geração (5G) tem sido considerada como uma das soluções para mitigar as maiores perdas de propagação presentes na faixa de ondas milimétricas em comparação com o espectro sub-6 GHz. Para isso, redes heterogêneas têm sido implantadas. Três exemplos de novos nós que têm sido considerados são: nós com acesso e backhaul integrados (IAB, do inglês integrated access and backhaul); repetidores controlados pela rede (NCRs, do inglês network-controlled repaters); e superfícies reconfiguráveis inteligentes (RISs, do inglês reconfigurable intelligent sufaces). IAB é um nó de decodificação e retransmissão, enquanto NCR é um nó de amplificação e retransmissão. RIS é um dispositivo que manipula ondas eletromagnéticas incidentes usando uma camada de metamaterial. A presente dissertação apresenta uma visão geral sobre esses nós. Eles têm sido implantados com diferentes níveis de mobilidade, por exemplo, fixo, nômade e móvel. Assim, este trabalho também apresenta uma visão geral sobre veículos aéreos não tripulados (UAVs, do inglês unmanned aerial vehicles), que podem ser implantados junto com esses nós para lhes dar mobilidade aérea. Além disso, é definido um modelo em nível de sistema que permite uma avaliação de desempenho desses nós. Neste contexto, avalia-se o impacto da implantação destes nós visando melhorar o desempenho de uma rede utilizada para cobrir um evento esportivo ao ar livre. Também avalia-se o impacto em IAB e NCR fixos da mudança do enlace do backhaul com linha de visada (LOS, do inglês line of sight), para sem linha de visada (NLOS, do inglês non line of sight). Por fim, também é analisado o impacto da variação da posição de um NCR tanto no desempenho da célula onde está instalada quanto em células vizinhas devido à interferência causada. Resultados de simulações computacionais mostram a melhoria na razão entre sinal e interferência mais ruído, dos equipamentos de usuários (UEs, do inglês user equipments), e na taxa de bits devido à implantação desses nós. No cenário considerado, de forma geral, IAB apresentou o melhor desempenho seguido por NCR e RIS. No entanto, houve situações em que NCR superou IAB devido ao maior nível de interferência causado por este último. Além disso, a implantação destes nós em UAVs também obteve ganhos de desempenho, porém suas limitações energéticas os impediram de alcançar resultados tão bons quanto os alcançados pela sua implantação fixa. A mudança na condição de backhaul de LOS para NLOS afetou o desempenho dos nós IAB e NCR fixos. NCR foi o que mais sofreu. Destaca-se assim a importância de um bom planejamento de rede. Caso os nós fixos apresentem más condições de backhaul, deverá ser avaliada a implantação de nós UAV. Finalmente, os resultados também mostraram que não necessariamente quanto mais perto um NCR estiver de um UE melhor será o desempenho deste último. Além disso, constatou-se que a interferência causada pelo NCR em células vizinhas pode ser minimizada pelo gerenciamento de feixes do NCR, similar a uma filtragem espacial. |
Abstract: | The fifth generation (5G) of cellular wireless networks incorporated the millimeter waves. One of the drawbacks of these higher frequencies is the severe propagation losses compared to sub-6 GHz spectrum. One possible solution to mitigate that is the network densification, which is the deployment of more nodes in the environment. For this, heterogeneous networks (HetNets) have been deployed. HetNets are different types of nodes beyond traditional next generation node B (gNB). Three examples of new nodes that have been considered are integrated access and backhaul (IAB) nodes, network-controlled repeaters (NCRs) and reconfigurable intelligent surfaces (RISs). IAB is a decode and forward node, while NCR is an amplify and forward node. RIS is a device that manipulates impinging electromagnetic waves using a metamaterial layer. This master thesis presents an overview regarding these nodes. They have been deployed with different levels of mobility, e.g, fixed, nomadic and mobile. Thus, this work also presents an overview regarding unmanned aerial vehicles (UAVs) that can be deployed together with these nodes to give them aerial mobility. Furthermore, a system level model is defined allowing a performance evaluation of these nodes. Moreover, it is evaluated the impact of deploying these nodes aiming at enhancing the performance of a network used to cover an outdoor sport event. It is also evaluated the impact on fixed IAB and NCR of the change on the backhaul link from line of sight (LOS) to non-line of sight (NLOS). This work also analyzes the performance improvement due to deployment of NCR on a given cell and its interference impact on neighbor cells. Simulation results show the improvement in user equipments (UEs)’ signal to interference-plus-noise ratio and throughput due to the deployment of these nodes. In the considered scenario, in general, IAB presented the best performance followed by NCR and RIS. However, there were situations where NCR outperformed IAB due to higher level of interference caused by the latter. Moreover, the deployment of these nodes in UAVs also achieved performance gains, however their energy limitations prevented them from reaching results as good as the ones achieved by their fixed deployment. The change in backhaul condition from LOS to NLOS affected the performance of fixed IAB and NCR. NCR was the one which suffered the most. It highlights the importance of a good network planning. If fixed nodes present challenging backhaul conditions, it should be considered the deployment of UAV nodes. Finally, the results also showed that the negative impact on neighbor UEs of receiving interference from NCR signals of other cells was not enough to put them on outage. Besides, this interference can be mitigated by proper NCR beam management. |
URI : | http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/78781 |
Lattes del autor: | http://lattes.cnpq.br/5589668196535262 |
ORCID del tutor: | https://orcid.org/0000-0002-6462-4686 |
Lattes del tutor: | http://lattes.cnpq.br/4804031257494386 |
ORCID del co-asesor: | https://orcid.org/0000-0002-8861-1708 |
Lattes del co-asesor: | http://lattes.cnpq.br/2055476391340850 |
Derechos de acceso: | Acesso Aberto |
Aparece en las colecciones: | DETE - Dissertações defendidas na UFC |
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