Desembre 2019
Publicitat
ANALISI I DISSENY DE TÈCNIQUES PER MILLORAR LES XARXES CEL·LULARS

ANALISI I DISSENY DE TÈCNIQUES PER MILLORAR LES XARXES CEL·LULARS

La principal contribució de la tesi doctoral de Jan García Morales consisteix en l'anàlisi i disseny de tècniques ICIC estàtiques amb l'objectiu de millorar el rendiment de la xarxa

Per LES TESIS DOCTORALS DE LA UIB (9)
Aquest és el resum d'Analysis, desing and optimization of partial frequency reuse-aided OFDMA-based heterogeneous cellular networks de Jan García Morales, la seva tesi doctoral presentada el passat mes de maig a la UIB:

La quarta generació (4G) de comunicacions mòbils s'està desplegant en molts llocs del món sota el paraigua dels estàndards Third Generation Partnership Project (3GPP), Long Term Evolution (LTE) i LTE-Advanced (LTE-A). Les versions més avançades d'aquests sistemes ofereixen taxes de transmissió de fins a 100 Mbit/s i 1 Gbit/s per a usuaris d'alta i baixa mobilitat, respectivament. Encara que aquestes xifres representen una millora considerable respecte de la capacitat que oferien els anteriors estàndards mòbils de segona i tercera generació (2G GSM i 3G WCDMA, respectivament), és previsible que l'augment espectacular en la demanda de capacitat de transmissió de dades superi àmpliament les capacitats dels sistemes 4G en un futur no gaire llunyà. L'accés múltiple per divisió de freqüències ortogonals (OFDMA del inglés Orthogonal Frequency Division Multiple Access) ha jugat un paper crucial en l'èxit dels sistemes cel·lulars de 4G i un nombre cada vegada major de participants en la definició dels estàndards de cinquena generació (5G) aposten per la seva continuació donada la seva elevada eficiència espectral i el seu grau de flexibilitat. Les xarxes basades en OFDMA no introdueixen interferència intracel·lular. No obstant això, a causa de l'ús habitual de plans de reutilització de freqüències universals, la interferència intercel·lular (ICI) afecta de manera crítica als usuaris situats prop dels límits de les cel·les.

En aquest context, es considera que les estratègies de control/coordinació d'interferència intercel·lular (ICIC de l'anglès Intercell Interference Coordination) juguen un paper clau a les xarxes multicel·lulars 5G basades en OFDMA. Dues de les tècniques ICIC més representatives són la reutilització de freqüències fraccionals i soft (FFR i SFR, respectivament), que ja han estat implantades en desplegaments cel·lulars emergents com una forma eficient de millorar el rendiment que perceben els usuaris propers dels límits cel·lulars. Per aquesta raó, la primera part d'aquesta tesi presenta un marc analític que permet l'avaluació de l'acompliment d'aquests plans de reutilització de freqüències en xarxes multicel·lulars realistes basades en OFDMA, on es consideren tant els desplegaments regulars com els irregulars. Per a això, s'ha desenvolupat una nova caracterització estadística de la relació senyal-interferència-més-soroll (SINR) a través de solucions tancades de la funció de distribució acumulativa (CDF) de la SINR, així com expressions matemàticament tractables de l'eficiència espectral mitjana d'una determinada cèl·lula per a diferents polítiques de distribució de recursos radio. Després ens hem centrat en l'optimització dels dissenys relacionats amb FFR/SFR per garantir altes eficiències espectrals en tota l'àrea de cobertura i millorar la capacitat del sistema, mantenint al mateix temps la qualitat dels serveis (QoS) i equitat entre els usuaris. Aquests dissenys òptims permeten la compensació entre el rendiment cel·lular i l'equitat entre usuaris mitjançant l'adequat dimensionament de les àrees del centre i de la vora cel·lular definides pels esquemes FFR/SFR, optimitzant l'assignació de freqüència a cada regió i la potència de transmissió corresponent.

Encara que encara no hi ha tancada cap especificació de 5G, sembla clar que per fer front a les demandes de tràfic previstes és molt probable que es requereixi un canvi radical en l'arquitectura de la xarxa mòbil. Respecte a això, el consens entre la comunitat d'investigadors suggereix que l'arquitectura cel·lular clàssica basada en el desplegament d'una xarxa regular d'estacions basi d'alta potència muntades en torres que cobreixin extenses àrees (macro-cel·les) haurà de ser àmpliament complementada per una densa xarxa d'estacions de baixa potència que proporcionin cobertura a àrees reduïdes però de molt alt rendiment, creant així cèl·lules petites. La capacitat d'un sistema per cobrir una àrea determinada mitjançant la combinació de dues o més infraestructures dóna lloc al concepte de xarxes multinivell, una idea també coneguda amb el nom de xarxes heterogènies (HetNets de l'anglès Heterogeneous Networks). El concepte multinivell ha cobrat molt interès amb el desplegament de femto-cel·les. Es preveu que el desplegament massiu de femto-cel·les resultarà en una reducció molt significativa en els costos operacionals de la xarxa, ja que aquestes són desplegades i mantingudes per l'usuari, alhora que tenen el potencial d'augmentar dramàticament la capacitat total de la xarxa. Per això, la segona part d'aquesta tesi se centra en la definició d'un model analític HetNet de dos nivells que combina una infraestructura gestionada per l'operador d'estacions basi macro-cel·lulars (MBS) amb una xarxa d'estacions basi femto-cel·lulars (FBS) desplegades per l'usuari. S'avalua el pitjor escenari possible en termes d'interferència entre nivells, en el qual se suposa que els nivells macro-cèl·lula i femto
  • cèl·lula no estan coordinats i empren un desplegament co-canal (amb reutilització d'espectre complet). Basant-se en un enfocament unificat, el model analític obtingut serveix per avaluar l'impacte produït per les interferències entre els dos nivells tant sobre els usuaris macro com sobre els femto-usuaris.

En conclusió Jan García Morales ens aporta els següents COMENTARIS: En les actuals (i futures) tecnologies de comunicació mòbil basades en OFDMA, ICIC ha estat identificada com una tecnologia clau per enfrontar els desafiaments plantejats per aquest context cada vegada més exigent. Per tant, la principal contribució d'aquesta tesi consisteix en un marc que permet l'anàlisi i disseny de tècniques ICIC estàtiques amb l'objectiu de millorar el rendiment de la xarxa en apuntar a la preservació d'una alta eficiència espectral i la garantia d'un cert grau d'equitat en tota l'àrea de cobertura en implementacions d'un i diversos nivells. La metodologia de recerca utilitzada en aquest treball implica una combinació de models analítics matemàticament tractables, tècniques de gestió de recursos amb reconeixement de canals, dissenys òptims basats en FFR/SFR i simulacions a nivell de sistema.
universitat
../ad-40/
Publicitat