Contribución al análisis de sistemas mimo y mimo masivo en redes móviles de nueva generación

Résumé

Las expectativas de crecimiento en la demanda de datos han hecho concentrar los esfuerzos de los investigadores en comunicaciones en el desarrollo de la 5ª Generación de comunicaciones móviles (5G). El 3GPP (3rd Generation Partnership Project) organismo internacional que agrupa 7 organizaciones de estandarización de telecomunicaciones, está definiendo las características de esta nueva tecnología. Aunque en su última especificación técnica (Release 15) se han definido gran parte de las especificaciones de esta nueva generación de comunicaciones móviles, todavía quedan muchas cuestiones abiertas que esperan sean definidas en la “Release 16” en junio de 2020. Gran parte de las cuestiones abiertas están relacionadas sobre cómo implementar los canales de comunicaciones por encima de los 50 GHz. Los objetivos de esta nueva generación de comunicaciones móviles son múltiples entre los que destacan multiplicar la velocidad de conexión hasta alcanzar los 10 GBps y reducir el consumo en un 90%. Por una parte, entre los avances tecnológicos que serán necesarios para aumentar la velocidad de transmisión se encuentran el uso de “Massive MIMO”, es decir, el uso de la tecnología MIMO de forma masiva. De la misma forma serán necesarias comunicaciones cooperativas, es decir, el uso de comunicaciones distribuidas donde el terminal móvil se comunicará con distintas estaciones base que están en distintas localizaciones. Todo lo anterior será necesario desarrollarlo en las frecuencias de las ondas milimétricas donde las tecnologías de fabricación y las medidas del canal de propagación están todavía en un estado incipiente. Existen estudios teóricos que nos indican que cuando el número de antenas en el transmisor es mucho mayor que el número de antenas en el receptor, el canal de propagación global se comporta en términos estadísticos de una manera más estable y por ello es posible obtener mayores ganancias de capacidad de trasmisión. Por tanto, es importante caracterizar estas propiedades únicas del canal de propagación de este tipo de sistemas para constatar los beneficios reales de la tecnología MIMO Masiva. En consecuencia, la caracterización de canal en estos nuevos escenarios de comunicaciones distribuidos y masivos serán un objetivo de esta tesis y plantea un enorme desafío científico. Por otro lado, para reducir el consumo será necesario utilizar algoritmos de optimización avanzados que realicen un apagado de las estaciones base en función del canal de propagación, es decir, será necesario un conocimiento profundo tanto de estos sistemas de comunicaciones y su canal de propagación como de algoritmos avanzados de optimización. Para ello en esta tesis se ha trabajado con algoritmos metaheurísticos para contribuir a la minimización del consumo energético de estos sistemas manteniendo sus prestaciones. Por ello en esta tesis se han estudiado diferentes sistemas MIMO, MIMO Masivo, MIMO distribuido y MIMO Masivo Distribuidos, así como los algoritmos optimización para la reducción del consumo energético.