From 5G to 6G: data transmission through massive MIMO and large intelligent surfaces = De 5G a 6G : transmissão de dados através de MIMO massivo e superfícies inteligentes

Autor(es)

Michelle Soares Pereira Facina

• Tipo de documento: Tese de Doutorado
• Imprenta: Campinas, SP.
• Instituição: Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação
• Data de defesa: 2020-12-01

Membros da banca

Gustavo Fraidenraich; Alvaro Augusto Machado de Medeiros; Cláudio Ferreira Dias; Eduardo Rodrigues de Lima; Fabbryccio Akkazzha Chaves Machado Cardoso

• Orientador: Gustavo Fraidenraich

Resumo

A evolução da tecnologia é rápida. No início do projeto de doutorado, o tema mais discutido era a quinta geração de redes celulares. Agora, no final, já estamos falando sobre a sexta geração e o que vem a seguir. Com isso em mente, minha tese aborda tópicos relacionados a MIMO massivo e \textit{Large Intelligent Surfaces} (LIS). Apesar da distância cronológica entre eles (o primeiro em 2016 e o segundo em 2020), ambos representam um salto significativo no desenvolvimento de uma rede de acesso de baixa latência e uma mudança drástica na infraestrutura de comunicações móveis. Com várias antenas na estação base e no usuário, um dos problemas inerentes ao MIMO massivo é a interferência. Assim, apresentamos uma aproximação precisa da razão sinal-interferência em dois cenários: quando o número de antenas na estação base é finito e quando esse número é grande o suficiente para ser considerado infinito. Consideramos a perda de percurso e o sombreamento lognormal e provamos o excelente casamento entre simulação e nossa aproximação. Em relação a LIS, comparamos o desempenho do sistema já publicado na literatura com o que obtivemos de uma propagação baseada em linha de visada modelada a partir de canais Rice e \textit{Matched Filter} (MF). Propomos uma aproximação precisa para eficiência espectral e avaliamos a perda quando a estação base não possui nenhuma informação de estado do canal e transmite os símbolos com potências iguais para todos os usuários. Em seguida, fazemos uma análise aprofundada de um sistema prático \text{Single-Input Single-Output} (SISO) assistido por LIS de forma a caracterizar seu desempenho. Assumimos imperfeições para os valores dos coeficientes de reflexão. Em uma primeira etapa, as expressões de probabilidade de erro de símbolo são obtidas para cenários SISO com e sem erros de fase. Validamos todos os resultados por simulações numéricas e demonstramos uma excelente concordância. As comparações com os modelos existentes mostram que os sistemas práticos apresentam uma perda considerável de desempenho. Na próxima etapa, o estudo é ainda mais abrangente. Como os erros de quantização são inevitáveis, avaliamos a influência do número de bits dedicados à quantização de fase no cálculo de importantes parâmetros de desempenho, tais como, eficiência espectral, taxa de erro de símbolo e probabilidade de interrupção. Com base em simulações de Monte Carlo, provamos a excelente precisão de nossa abordagem e investigamos o comportamento de \text{power scaling-law} e a potência necessária para atingir uma capacidade específica, dependendo do número de elementos reflectores. Mostramos que um LIS com aproximadamente cinquenta elementos e quatro bits dedicados à quantização de fase supera o desempenho de um sistema convencional, ou seja, um sistema sem o auxílio de LIS. Como conclusão, podemos dizer que as tecnologias MIMO massivo e LIS oferecem melhorias substanciais e vieram para ficar e coexistir (AU)

• Processo FAPESP: 16/16181-2 - Sistemas de Comunicação Sem-Fio Multiple-Input Multiple-Output com Elevado Número de Antenas (MIMO massivo)
• Beneficiário: Michelle Soares Pereira Facina
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado