Tesis doctorales: TESEO

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Ministerio de Universidades - Gobierno de España

Título: CONTRIBUCIÓN AL ANÁLISIS DE SISTEMAS MIMO Y MIMO MASIVO EN REDES MÓVILES DE NUEVA GENERACIÓN
Autor: González Macías, Juan Carlos
Universidad: Universidad de Granada
Departamento: Teoría de la señal, telemática y comunicaciones
Fecha de Lectura: 13/12/2019
Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Tecnologías de la Información y la Comunicación por la Universidad de Granada
Dirección:
- VALENZUELA VALDÉS, JUAN FRANCISCO (DIRECTOR)
Tribunal:
- PARDO FERNÁNDEZ, PEDRO JOSÉ (PRESIDENTE)
- Sendra Compte, Sandra (SECRETARIO)
- LOZANO GUERRERO, ANTONIO JOSE (VOCAL)
- GARCÍA MARTÍNEZ, LUZ (VOCAL)
- Arrebola Baena, Manuel (VOCAL)
Descriptores:
- REDES DE COMUNICACIONES
- ANTENAS
- TRANSMISION DE ENERGIA
Marcador: https://www.educacion.gob.es/teseo/mostrarRef.do?ref=1815828Añadir a favoritos.
Resumen:
INTRODUCCIÓN Las expectativas de crecimiento en la demanda de datos han hecho concentrar los esfuerzos de los investigadores en comunicaciones en el desarrollo de la 5ª Generación de comunicaciones móviles (5G). El 3GPP (3rd Generation Partnership Project) organismo internacional que agrupa 7 organizaciones de estandarización de telecomunicaciones, está definiendo las características de esta nueva tecnología. Aunque en su última especificación técnica (Release 15) se han definido gran parte de las especificaciones de esta nueva generación de comunicaciones móviles, todavía quedan muchas cuestiones abiertas que esperan sean definidas en la ¿Release 16¿ en junio de 2020. Gran parte de las cuestiones abiertas están relacionadas sobre cómo implementar los canales de comunicaciones por encima de los 50 GHz. Los objetivos de esta nueva generación de comunicaciones móviles son múltiples entre los que destacan multiplicar la velocidad de conexión hasta alcanzar los 10 GBps y reducir el consumo en un 90%. Por una parte, entre los avances tecnológicos que serán necesarios para aumentar la velocidad de transmisión se encuentran el uso de ¿Massive MIMO¿, es decir, el uso de la tecnología MIMO de forma masiva. De la misma forma serán necesarias comunicaciones cooperativas, es decir, el uso de comunicaciones distribuidas donde el terminal móvil se comunicará con distintas estaciones base que están en distintas localizaciones. Todo lo anterior será necesario desarrollarlo en las frecuencias de las ondas milimétricas donde las tecnologías de fabricación y las medidas del canal de propagación están todavía en un estado incipiente. Existen estudios teóricos que nos indican que cuando el número de antenas en el transmisor es mucho mayor que el número de antenas en el receptor, el canal de propagación global se comporta en términos estadísticos de una manera más estable y por ello es posible obtener mayores ganancias de capacidad de trasmisión. Por tanto, es importante caracterizar estas propiedades únicas del canal de propagación de este tipo de sistemas para constatar los beneficios reales de la tecnología MIMO Masiva. En consecuencia, la caracterización de canal en estos nuevos escenarios de comunicaciones distribuidos y masivos serán un objetivo de esta tesis y plantea un enorme desafío científico. Por otro lado, para reducir el consumo será necesario utilizar algoritmos de optimización avanzados que realicen un apagado de las estaciones base en función del canal de propagación, es decir, será necesario un conocimiento profundo tanto de estos sistemas de comunicaciones y su canal de propagación como de algoritmos avanzados de optimización. Para ello en esta tesis se ha trabajado con algoritmos metaheurísticos para contribuir a la minimización del consumo energético de estos sistemas manteniendo sus prestaciones. Por ello en esta tesis se han estudiado diferentes sistemas MIMO, MIMO Masivo, MIMO distribuido y MIMO Masivo Distribuidos, así como los algoritmos optimización para la reducción del consumo energético. DESARROLLO TEÓRICO La tesis está estructurada de la siguiente forma, en primer lugar, se introduce el contexto de investigación, analizando el estado en el que se encuentra la tecnología 5G radio, y las diferentes soluciones y técnicas que se aplican para lograr las capacidades esperadas que tendrá la nueva tecnología. En el capítulo 2 se introducen los diferentes sistemas MIMO Y DMIMO, analizando la capacidad que se obtiene para diferentes sistemas en función del grado de correlación. En el capítulo 3 se analizan los sistemas DM-MIMO emulando más de 50 escenarios diferentes. Se analizan diferentes sistemas DMIMO en los que se va aumentando el número de antenas repartidas en las diferentes estaciones base, y variando el número de estaciones base que componen cada sistema, para estudiar cómo influye en la capacidad de los sistemas. En el capítulo 4 se estudia cómo se comporta la capacidad del sistema global en función de la potencia que llegue desde cada estación base. Se realiza la emulación de más de 100 escenarios distintos. Se atenúa la potencia emitida por una, o dos, estaciones base, y se analiza cómo influye en la capacidad total del sistema el desbalanceo de potencia entre las diferentes estaciones base. Se tiene en cuenta que no todas las estaciones base están a la misma distancia del receptor, luego no llega la señal con la misma potencia, y se analiza el caso cuando la variación entre las potencias recibidas en el receptor, procedentes de diferentes estaciones base es muy diferente. En el capítulo 5 se implementa un sistema que permite analizar sistemas DM-MIMO en frecuencias de milimétricas analizando más de 1000 entornos diferentes. Se analizan sistemas en las frecuencias de 28, 40 y 78 GHz, con un número de antenas en el transmisor, que se varía hasta llegar a valores de 60 antenas, repartidas en diferentes números de estaciones base, en los 3 escenarios de propagación Rural Macro celda (RMa), Urbano Macro celda (UMa) y Urbano Micro celda (UMi), con visibilidad directa (LOS) y no directa (NLOS), y comparando casos en los que los sistemas están correlados y no correlados. En el capítulo 6 se implementa una red de comunicaciones 5G, utilizando todos los sistemas anteriores con el objetivo de aplicar algoritmos genéticos para mejorar la eficiencia energética. Estos algoritmos de optimización hacen uso de todos los cálculos del canal de comunicaciones desarrollados en los capítulos anteriores. CONCLUSION En esta tesis se han presentado diferentes avances respecto al estado de la técnica basándose en simulaciones y medidas que se han aplicado de manera conjunta. El principal objetivo ha sido profundizar más en el conocimiento del canal de propagación, que se ha aplicado a la obtención de modelos más reales de redes 5G. Estos modelos nos han permitido avanzar en el cómputo de capacidad y consumo energético en dichas redes de última generación. BIBLIOGRAFÍA ¿ Q. H. Abbasi, H. E. Sallabi, S. E, Q. K y Alomainy, «Condition number variability of ultra wideband MIMO on body channels,» in 2016 InternationalWorkshop on Antenna Technology (iWAT),, p. pp. 167¿169, 2016. ¿ T. S. Rappaport, S. S. R. Mayzus, H. Zhao, Y. Azar y K. Wang, «Millimeter wave mobile communications for 5G cellular: It will work,» IEEE Access, pp. vol. 1, pp. 335¿349, 2013. ¿ NYU, «NYU WIRELESS,» [En línea]. Available: https://wireless.engineering.nyu.edu/. ¿ P. S. Kildal y K. 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