Cell-free Massive MIMO en sistemas 5G

Abstract

[spa] La demanda de cantidades ingentes de datos móviles que será provocada por el gran aumento de terminales móviles existentes junto con el uso de nuevas aplicaciones con un mayor consumo de estos datos ha desembocado en la necesidad de investigar nuevas técnicas que permitan satisfacer dicha demanda. Con este propósito surgen diferentes propuestas de arquitecturas que pretendenmejorar el rendimiento de las actuales redes de telecomunicaciones que ofrecen servicio a Internet y sentar las bases de los futuros sistemas de comunicaciones. Entre estas nuevas propuestas aparece Cell FreeMassive MIMO que deja atrás las clásicas redes celulares y que pretende superar su rendimiento de forma drástica combinando las ventajas de un sistema con múltiples antenas y de un sistema distribuido. Cell Free Massive MIMO se basa en el despliegue de forma aleatoria de un gran número de pequeñas estaciones base conocidas como Access Point sobre un área determinada. Estos puntos de acceso están conectados a una Unidad Central de Procesado mediante una red de fronthaul y se encargan de proporcionar acceso a Internet a los usuarios del sistema de forma simultánea. Sin embargo, esta arquitectura presenta una carencia que la hace poco escalable: el tráfico total que circula a través de la red de fronthaul crece en función del número de usuarios de la red, ya que todos los Access Points de la red proporcionan servicio a todos los usuarios del sistema. Es por eso que surge otra nueva propuesta denominada User Centric Cell FreeMassive MIMO derivada de Cell Free con la que se reduce la cantidad de tráfico que circula a través de la red de fronthaul. La principal diferencia es que ahora los Access Points de la red solamente proporcionan servicio a un número determinado de usuarios y la cantidad de tráfico que circula a través de esta red, es por lo tanto independiente del número de usuarios del sistema. De hecho, la carga de tráfico de esta red depende principalmente de un parámetro: el número de usuarios a los que da servicio un Access Point. En este Trabajo Final de Grado (TFG) se comparan las prestaciones de las arquitecturas Cell Free y User Centric en cuanto a la tasa de transmisión proporcionada a los usuarios del sistema en el uplink y downlink y a la capacidad de fronthaul necesaria en las estaciones base (o Access Points) del sistema para dar servicio a los usuarios. Esta comparativa se lleva a cabo teniendo en cuenta diferentes valores de los parámetros básicos del sistema tales como el número de usuarios del sistema, el número de usuarios a los que da servicio un Access Point en User Centric o el tiempo que se tarda en obtener la información los canales de comunicación. A pesar de que ambas arquitecturas proporcionan una tasa de transmisión muy parecida a los usuarios del sistema en el downlink, los usuarios de una red basada en User Centric obtienen mejor tasa de transmisión en el uplink. Además, teniendo en cuenta el funcionamiento básico de las dos arquitecturas, es fácil comprobar que la capacidad de fronthaul necesaria en los Access Points para dar servicio a los usuarios en User Centric es muy inferior a la que necesitan en Cell Free.