Gestión de las interferencias en redes de comunicación móviles 5G: MIMO Masivo vs MIMO Cooperativo

Abstract

[spa] Las redes de comunicaciones móviles tradicionales presentan una estructura celular compuesta por un conjunto de estaciones base (en inglés, Base Station (BS)) que trabajan de forma independiente y gestionan las interferencias co-canal producidas por las otras BSs como ruido térmico. Durante la última década, estos sistemas han funcionado correctamente gracias a los factores de reutilización frecuencial empleados con agrupaciones de tres, siete o incluso más BSs que producían una interferencia co-canal moderadamente baja. Cabe destacar, que en estos sistemas celulares a medida que un usuario se aleja de la zona central, es decir, se acerca a las zonas exteriores de la celda, el problema de la aparición de señales interferentes se acentúa y se vuelve especialmente grave. El aumento espectacular en el número de terminales móviles, así como las tasas de transmisión requeridas en la actualidad para cubrir los diferentes servicios en red, obliga a las nuevas generaciones móviles (4G/5G) a optimizar su e ciencia espectral. Para ello, las redes 4G/5G se caracterizan por despliegues más densos y la reutilización universal de frecuencias (todas las BSs del sistema transmiten sobre la misma banda frecuencial, disponen de todo el ancho de banda del sistema). Como consecuencia, la interferencia co-canal aumenta drásticamente provocando una disminución en la capacidad de transmisión de datos, especialmente para aquellos usuarios que se encuentran en los límites de la celda. En este TFG se estudian diferentes técnicas de mitigación de interferencia intercelular para gestionar los efectos negativos de la interferencia co-canal. Para ello, el TFG se centra en dos de las técnicas más destacadas como serían MIMO Masivo, también conocido como MIMO a gran escala (Large Scale MIMO o LS-MIMO), basado en desplegar una gran cantidad de antenas en cada una de las BS, y MIMO Cooperativo, también conocido como MIMO en red (Network MIMO), basado en una red troncal (backhaul link ) a trav es de la cual se comparte información del sistema entre las diferentes BSs para optimizar la gestión de las interferencias. En este proyecto se simula un entorno realista en el cual se implementan ambas tecnologías y se compara su rendimiento en términos de potencia de señal, potencia de interferencia y SINR. El conjunto de BSs desplegadas se agrupan en grupos de celdas cooperativas denominados clústers dentro de los cuales se aplican diferentes técnicas cooperativas con el n de mitigar la interferencia co-canal. Se hace especial hincapi e en los resultados de ambas técnicas al aplicarse en dos ubicaciones concretas representativas de dos puntos de operación marcadamente diferentes: en las cercanías a la zona central del clúster y en las proximidades a una de las BS que constituyen el clúster. Finalmente, se realiza un estudio de las diferentes métricas a lo largo de toda la celda y como varían éstas en función de la localización del usuario. Se concluye a partir de estas realizaciones que tanto MIMO Masivo como Network MIMO son capaces de mitigar completamente la interferencia intraclúster, si ambas técnicas están sometidas a niveles de interferencia interclúster similares. Sin embargo, MIMO Masivo presenta unas prestaciones superiores en cuanto a potencia de se~nal deseada respecto a Network MIMO como consecuencia del origen de las se~nales de ambos sistemas, mientras que en MIMO Masivo el usuario recibe toda la información de su BS más cercana, en Network MIMO el conjunto de se~nales recibidas por el usuario se ven atenuadas por la distancia al provenir de las diferentes BSs del clúster.