Optimization and network performance evaluation of beamforming and dynamic DTX techniques in 5G/6G systems

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2022
Autor(a) principal: Santana Júnior, Ezequias Márcio Silva de
Orientador(a): Silva, Yuri Carvalho Barbosa
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: eng
Instituição de defesa: Não Informado pela instituição
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Aprendizado profundo; MU-MISO; WMMSE; Formatação e gerenciamento de feixes; Bandas sub-THz; Superaquecimento; Transmissão descontinuada.
Link de acesso: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/74213
Resumo: SANTANA JÚNIOR, Ezequias Márcio Silva de. Optimization and network performance evaluation of beamforming and dynamic DTX techniques in 5G/6G systems. 2022. 55 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Teleinformática) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2022.
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spelling Santana Júnior, Ezequias Márcio Silva deGuerreiro, Igor MoácoSilva, Yuri Carvalho Barbosa2023-09-05T21:04:11Z2023-09-05T21:04:11Z2022SANTANA JÚNIOR, Ezequias Márcio Silva de. Optimization and network performance evaluation of beamforming and dynamic DTX techniques in 5G/6G systems. 2022. 55 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Teleinformática) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2022.http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/74213SANTANA JÚNIOR, Ezequias Márcio Silva de. Optimization and network performance evaluation of beamforming and dynamic DTX techniques in 5G/6G systems. 2022. 55 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Teleinformática) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2022.In order to support the evolution of cellular communication systems towards the fifth generation (5G) and beyond, the industry and the research community have considered the optimization and development of communication technologies, such as massive multiple-input multiple-output (MIMO) and the exploration of a larger frequency spectrum using millimiter wave (mmWave) and terahertz (THz) bands. However, some challenges emerge during the application of these techniques in these new scenarios. In this context, this dissertation addresses two different scenarios of mobile communication systems, each considering one specific problem regarding 5G and 6G systems. First, it addresses the problem of robust beamforming in multi-user multiple- input single-output (MU-MISO) systems. To this end, it assesses the performance of a deep neural network (DNN)-based beamforming strategy under imperfect channel conditions. A robustness analysis has been provided by adding a controlled independent additive noise term to the channel. The DNN-based beamforming strategy is compared with the classical weighted minimum mean square error (WMMSE) solution in terms of the impact of imperfect channel state information (ICSI) on the average sum rate. Results have shown that the deep neural network (DNN)-based strategy is viable in terms of complexity and is as robust as the weighted minimum mean square error (WMMSE). In the second part, it evaluates the network performance of a cellular system operating at 100 GHz with bandwidth of around 3 GHz under a dynamic transmission and reception point (TRP)-side discontinuous transmission (DTX) regime. The use of THz bands are envisioned as a means to achieve higher data rates in sixth generation (6G) systems. Additionally, to deal with more severe propagation conditions in THz bands, a network with multiple TRPs equipped with large antenna arrays serving multi-panel user equipment (UE) has been adopted. To avoid overheating issues, a TRP-side DTX method has been proposed, which controls downlink transmissions while guaranteeing cell-specific reference signaling. Simulation results considering different DTX settings and traffic loads have been presented and discussed. Results have shown that the considered THz system with the proposed DTX method can provide higher data rates in comparison with a typical, baseline (mmWave) system operating at 28 GHz. It was possible to reach at least 6.84 times higher data rates.A fim de apoiar a evolução dos sistemas de comunicações celulares para além da quinta geração (5G), tem sido considerada pela indústria e pela academia a otimização e o desenvolvimento de novas tecnologias de comunicação como a comunicação de múltiplas entradas e múltiplas saídas (MIMO) massiva e a exploração de um maior espectro de frequência usando faixas de frequência em ondas milimétricas (mmWave) e terahertz (THz). No entanto, alguns desafios surgem durante a aplicação dessas técnicas nesses novos cenários. Neste contexto, esta dissertação aborda dois cenários diferentes de sistemas de comunicação móvel, cada um considerando um problema específico em relação aos sistemas 5G e de sexta geração (6G). Primeiramente, é abordado o problema de beamforming robusto em sistemas multiusuários de múltiplas entradas e saídas únicas (MU-MISO). Para tanto, avaliou-se o desempenho de uma estratégia de formatação de feixes baseada em redes neurais profundas (DNN) sob condições imperfeitas de canal. Uma análise de robustez foi fornecida adicionando controladamente um termo de ruído aditivo independente ao canal. A estratégia de formatação de feixe baseada em DNN é comparada com a solução clássica de erro quadrado médio ponderado mínimo (WMMSE) em termos do impacto da informação de estado de canal imperfeita (ICSI) na soma da taxa média alcançada pelos usuários. Resultados mostraram que a estratégia baseada em DNN é viável em termos de complexidade computacional e tão robusta quanto a solução iterativa do WMMSE. Na segunda parte, é avaliado o desempenho da rede de um sistema celular operando a 100 GHz com largura de banda em torno de 3 GHz sob um regime de dinâmico de transmissão descontinuada (DTX) aplicado aos pontos de transmissão e recepção (TRP). O uso de faixas de frequência na ordem de THz é considerado como um meio para alcançar taxas de dados mais altas em sistemas 6G. Adicionalmente, para lidar com condições de propagação mais severas em faixas de THz, foi adotada uma rede com múltiplos TRP equipados com grandes arranjos de antenas que promovem conexão a equipamentos de usuário (UEs) equipados com múltiplos painéis. Para evitar problemas de superaquecimento, foi proposto um método de DTX do lado do TRP, que controla as transmissões de downlink enquanto garante o envio de sinais de referência específicos da célula. Resultados de simulação considerando diferentes configurações de DTX e cargas de tráfego foram apresentados e discutidos. Os resultados mostraram que o sistema THz considerado com o método DTX proposto pode fornecer taxas de dados mais altas em comparação com um sistema mmWave padrão operando a 28 GHz, promovendo um ganho de taxa de dados 6.84 vezes maior.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.Sistemas de comunicação móvelAprendizagem profundaFormatação e gerenciamento de feixesTransmissão descontinuadaBeamformingMIMO systemsDeep learningBandas sub-THz;TRP panel overheatingWMMSEAprendizado profundo; MU-MISO; WMMSE; Formatação e gerenciamento de feixes; Bandas sub-THz; Superaquecimento; Transmissão descontinuada.Optimization and network performance evaluation of beamforming and dynamic DTX techniques in 5G/6G systemsinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisinfo:eu-repo/semantics/openAccessengreponame:Repositório Institucional da Universidade Federal do Ceará (UFC)instname:Universidade Federal do Ceará (UFC)instacron:UFChttp://lattes.cnpq.br/2725157630695284https://orcid.org/0000-0002-1795-6004http://lattes.cnpq.br/7399179037419892ORIGINAL2022_dis_emssantanajunior.pdf2022_dis_emssantanajunior.pdfDissertaçãoapplication/pdf1089772http://repositorio.ufc.br/bitstream/riufc/74213/3/2022_dis_emssantanajunior.pdfa778b51db6f1a3d76117cab49124bb9bMD53LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-81748http://repositorio.ufc.br/bitstream/riufc/74213/4/license.txt8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33MD54riufc/742132023-09-05 18:04:12.313oai:repositorio.ufc.br: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Repositório InstitucionalPUBhttp://www.repositorio.ufc.br/ri-oai/requestbu@ufc.br || repositorio@ufc.bropendoar:2023-09-05T21:04:12Repositório Institucional da Universidade Federal do Ceará (UFC) - Universidade Federal do Ceará (UFC)false
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