Random access protocols for extra-large and massive MIMO systems

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Nishimura, Otávio Seidi
Data de Publicação: 2024
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UEL
Texto Completo: https://repositorio.uel.br/handle/123456789/12016
Resumo: Resumo: Tecnologias emergentes como comunicações IoT (Internet-of-Things) e M2M (Machineto- Machine) preveem um rápido crescimento no número de dispositivos independentes Portanto, o desafio é manejar a imensa quantidade de tentativas de conexão na rede e transmissão intermitente de dados É esperado que sistemas wireless 5G proporcionem serviços como mMTC (massive Machine-Type Communications) e cMBB (crowded Mobile- Broadband), onde é possível administrar um grande número de dispositivos (UEs – user equipments) com baixa complexidade e alta eficiência Uma técnica já assumida para manejar tais demandas é o MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) massivo com acesso aleatório (RA - Random Access) Estes métodos apresentaram resultados promissores, abrindo oportunidades para novas pesquisas e análises aprofundadas Um desafio vigente é como adaptar técnicas convencionais em estruturas novas, como extra-large arrays com MIMO massivo e sistemas cell-free Portanto, este trabalho propõe uma adaptação de três protocolos de acesso aleatório grant-based de sistemas MIMO massivo, para estruturas extralarge massive MIMO (XL-MIMO) Os resultados numéricos obtidos mostram melhorias apreciáveis em várias figuras de mérito de desempenho do sistema em cenários overcrowded XL-MIMO Os protocolos adaptados, denominados SUCRe-XL e ACBPC-XL, são capazes de manejar um grande número de UEs tentando acessar a rede esporadicamente Como consequência, há uma diminuição no atraso médio de conexão na etapa de alocação dos pilotos O protocolo proposto ACBPC-XL apresenta uma melhora em termos de fairness, oferecendo quase a mesma oportunidade de acesso (access fainess) para todas as UEs em toda área da célula O último protocolo adaptado, denominado GBPA-XL, tem revelado resultados ainda preliminares, porém promissores, para cenários com número mediano de UEs, apesar do incremento da complexidade computacional na estação radio-base (BS - base station)
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base station)Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) - Universidade Estadual de Londrina, Centro de Tecnologia e Urbanismo, Programa de Pós-Graduação em Engenharia ElétricaAbstract: Emerging technologies as Internet-of-Things (IoT) and Machine-to-Machine (M2M) communications predict a rapid growth in the number of independent devices Therefore, the challenge is to manage the huge amount of network connection attempts and intermitente data transmission 5G wireless systems are expected to provide services as massive Machine-Type Communications (mMTC) and crowded Mobile-Broadband (cMBB), where it is possible to deal with a great number of user equipments (UEs) with low complexity and high efficiency An assumed technique to manage such demands relies on massive Multiple-Input Multiple-Output (MIMO) with random access (RA) These methods have presented promising results, opening opportunities for new researches and deepen analyses An actual challenge is how to adapt conventional techniques in novel structures, such as extra-large arrays with massive MIMO and cell-free systems Therefore, this work proposes an adaptation of three conventional grant-based RA protocols for massive MIMO systems into extra-large massive MIMO (XL-MIMO) structures Numerical results show appreciable system performance improvements in various figures-of-merit in overcrowded XL-MIMO scenarios The adapted protocols, namely Strongest-User-Collision Resolution for XL-MIMO (SUCRe-XL) and Access Class Barring with Power Control for XL-MIMO (ACBPC-XL), are able to manage a greater number of UEs sporadically trying to access the network As a consequence, an average connection delay decrease is observed in the pilot allocation step The proposed ACBPC-XL protocol presents improved fairness, offering almost equal access opportunities (access fairness) for all UEs along the entire cell The last adapted protocol, namely Graph-Based Pilot Access for XL-MIMO (GBPA-XL), has shown preliminary yet promising results for scenarios with median number of UEs, despite increasing computational complexity at the base station (BS)Abrão, Taufik [Orientador]Marinello Filho, José CarlosKobayashi, Ricardo TadashiNishimura, Otávio Seidi2024-05-01T13:47:18Z2024-05-01T13:47:18Z2021.0023.03.2021info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttps://repositorio.uel.br/handle/123456789/12016porMestradoEngenharia ElétricaCentro de Tecnologia e UrbanismoPrograma de Pós-Graduação em Engenharia ElétricaLondrinareponame:Repositório Institucional da UELinstname:Universidade Estadual de Londrina (UEL)instacron:UELinfo:eu-repo/semantics/openAccess2024-07-12T04:19:52Zoai:repositorio.uel.br:123456789/12016Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttp://www.bibliotecadigital.uel.br/PUBhttp://www.bibliotecadigital.uel.br/OAI/oai2.phpbcuel@uel.br||opendoar:2024-07-12T04:19:52Repositório Institucional da UEL - 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