Tecnología 5G y formas de onda de acceso al medio

Moliné Borruel, Héctor (2016). Tecnología 5G y formas de onda de acceso al medio. Proyecto Fin de Carrera / Trabajo Fin de Grado, E.T.S.I. y Sistemas de Telecomunicación (UPM), Madrid.

Description

Title: Tecnología 5G y formas de onda de acceso al medio
Author/s:
  • Moliné Borruel, Héctor
Contributor/s:
  • Herradón Díez, Rafael
Item Type: Final Project
Degree: Grado en Ingeniería de Sistemas de Telecomunicación
Date: 23 June 2016
Subjects:
Faculty: E.T.S.I. y Sistemas de Telecomunicación (UPM)
Department: Teoría de la Señal y Comunicaciones
Creative Commons Licenses: Recognition - No derivative works - Non commercial

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Abstract

En los últimos años han surgido nuevos servicios de telecomunicación que por su penetración en el mercado han generado un aumento en el flujo de datos de las comunicaciones nunca vistos hasta el momento. Por ello, es necesaria la aparición de una nueva generación de redes móviles, que pueda dar respuesta al agotamiento de los recursos físicos y técnicos que se está produciendo en las redes actuales. El diseño de 5G cubre unos objetivos ambiciosos en cuanto a la capacidad, la latencia de la red, velocidad de los datos y eficiencia. Destacando la eficiencia espectral debido a la congestión y agotamiento que sufre el espectro utilizado. Los avances tecnológicos de los últimos años hacen posible el diseño y aplicación de nuevas técnicas en las distintas capas de los sistemas de comunicación, produciendo el mayor el salto tecnológico hasta el momento entre una generación y la siguiente. La arquitectura de red que ha sido históricamente uno de los puntos de menor evolución por la necesidad de integrar y compatibilizar las estructuras heredadas de generaciones anteriores, sufre en esta ocasión una revolución en la que destaca el uso de tecnología SON además de reducir el número de dispositivos de procesado mediante virtualización y centralizando la gestión mediante redes definidas por software. Otro punto a destacar en la arquitectura es la separación de los planos de control y usuario, que se dividen sobre la entidad de control central en cada área y los puntos de acceso cercanos a los usuarios respectivamente. Para solventar el problema de la congestión del espectro se propone el uso de nuevas frecuencias por encima de las utilizadas actualmente por las redes de comunicaciones móviles, el uso de estas frecuencias se destina a los enlaces del backhaul y el plano de usuario, mientras que las frecuencias por debajo de 6GHz se destinan al plano de control. Por otro lado, se estandarizan nuevas formas de acceso dinámico al espectro, de manera que cuando aparezcan oportunidades en bandas que no estén ocupadas por su servicio primario puedan ser reutilizadas, para ello aparecen técnicas como radio cognitiva. En estas condiciones de congestión del espectro es necesario revisar las formas de onda de acceso al medio y proponer nuevos diseños que aporten una mejor eficiencia espectral. Sin embargo, las nuevas tendencias de comunicaciones como puede ser las comunicaciones entre maquinas o los servicios en tiempo real también influyen en el diseño y la elección de una forma de onda, ya que requieren que estas se ajusten a comunicaciones mediante ráfagas muy cortas y que no presenten un importante retardo en la red respectivamente. En este proyecto se estudian las tres principales formas de onda candidatas basadas en la transmisión por multiportadora. En primer lugar, se estudia filter bank multicarrier (FBMC), cuya principal diferencia es que se aplica el filtrado por subportadora, consiguiendo una mayor contención espectral, aunque no se adapta a transmisiones cortas debido a la longitud de sus filtros, además introduce la mayor complejidad técnica. En segundo lugar, se estudia generalized frequency división multiplexing (GFDM), que puede ser considerada una generalización de ortogonal frequency-division multiplexing (OFDM), siendo la principal diferencia que las portadoras no son ortogonales entre ellas y se aplica un filtrado basado en la convolución circular. Es la forma de onda que mejor encaja con los sistemas implantados en 4G y tiene la menor relación potencia de pico-media (PARP), además de mejorar la contención espectral de OFDM. La tercera forma de onda en estudio es universal filtered multi-carrier (UFMC), su principal característica es que aplica el filtrado por grupo de sub-portadoras dividiendo la banda de uso. Destaca, por un lado, la mayor contención espectral reduciendo notablemente la interferencia, no necesita usar prefijo cíclico (CP), por otro lado, se adapta mejor que FBMC a ráfagas cortas debido a la menor longitud de sus filtros, que es de un orden similar a OFDM. ABSTRACT. Several telecommunications trends have emerged in recent years; those trends have been widely accepted by the users increasing the data usage ratio in levels never seen before. In that way, the emergence of a new generation of mobile networks is necessary, which can respond to the exhaustion of physical and technical resources of existing networks that is occurring. 5G standards must meet ambitious targets like the number of connected devices, the network latency, data rates and efficiency. Highlighting the spectral efficiency due to congestion suffering spectrum used, which is in a situation of great exhaustion. The technological advances of recent years make possible the design and application of new techniques in the different layers of communication systems. So far, the biggest technological leap will occur between one generation and the next. The network architecture has been historically one of the lowest points of evolution by the need to integrate and harmonize the structures inherited from previous generations, It suffers this time a revolution in which emphasizes the use of self-organized network (SON) combined with the reduction of processing devices in this case using virtualization network elements and centralized and delocalized management of network elements through software-defined networking. Another highlight in architecture is the separation of the control and user plane, managed by central control entity and proximity devices respectively. To solve the problem of spectrum congestion, using new frequencies proposed above those used until today, unexplored by mobile communications networks, the use of these frequencies is intended to backhaul links and user plane, by the proximity between the remote access points and users, while current frequencies below 6GHz are proposed to be used by the entities whose govern the control plane. In other way, it is necessary to standardize new forms of dynamic spectrum access, so that when opportunities appear in bands that are not being used for its primary service these bands can be reused using cognitive radio techniques. Under these conditions of spectrum congestion, the need to review the waveforms media access and propose new designs that provide improved spectral efficiency appears. However, new trends in communications such as communications between machines or real-time services also influence the design and choice of a waveform, because they require that these communications fit with very short bursts and do not present a significant delay in the network respectively. In this project the three main candidate waveforms based on multicarrier transmission are studied. First, it is studied filter bank multicarrier (FBMC), whose main difference is that the filtering is applied per subcarrier instead of complete band, which provides the highest spectral containment but not suited to short transmissions due to the length of their filters, also introduces greater complexity design. Secondly, generalized frequency division multiplexing (FDM) is studied, which can be considered a generalization of orthogonal frequency-division multiplexing (OFDM), wherein the main difference is that the carriers are not orthogonal between them and the circular convolution based filtering is applied. This waveform is the best fit with current systems implemented in 4G and has the lowest peak average ratio power (PARP), in addition to the improvement in spectral containment, these are its strengths. The third waveform being studied is universal filtered multi-carrier (UFMC), the main feature of this waveform is that performs filtering by group of subcarriers, dividing the usage band in sub-bands. The main improvements introduced are the highest spectral containment, which significantly reduces interference between adjacent carriers, not the use of cyclic prefix (CP) being necessary, on the other hand, the length of the filter, which is similar to OFDM order and much lower than FBMC, thus achieving better accommodate transmissions by short bursts.

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Item ID: 44166
DC Identifier: http://oa.upm.es/44166/
OAI Identifier: oai:oa.upm.es:44166
Deposited by: Biblioteca Universitaria Campus Sur
Deposited on: 14 Dec 2016 09:16
Last Modified: 14 Dec 2016 09:16
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