Continuous Ultra-Dense Networks - A System Level Design for Urban Outdoor Deployments

Äärimmäisen tiheillä verkoilla tulee olemaan ratkaiseva merkitys tulevaisuuden matkaviestinnässä. Erityisesti kaupunkialueilla radiokanavan etenemisominaisuudet katukuiluissa estävät tehokkaan spatiaalisen tihentämisen makro-solujen massiivisilla MIMO -järjestelmillä. Siksi radionoodien huomattava lisääminen on avain menestykseen. Tässä väitöskirjassa on kehitetty uusi yhtäjaksoisen peiton tarjoava tiheän verkon järjestelmätason konsepti. Uusi radion kehysrakenne on suunniteltu täyttämään uuden sukupolven verkkojen matalan latenssin, suuren kapasiteetin ja käyttäjien liikkuvuuden vaatimukset. Myös ajan ja taajuuden hallintaa on kehitetty, jotta myös tila otetaan huomioon yhtenä dimensiona radioresurssien hallinnassa. Lisäksi tutkitaan lähetyksen ja vastaanoton keilanmuodostusta, joka perustuu käyttäjän sijaintiin, jotta signaalin ja häiriön suhdetta saadaan parannettua. Paikannukseen perustuvalla keilanmuodostuksella voidaan myös pienentää referenssisignaalien käyttämien radioresurssien määrää verrattuna koko kaistan pilottisignaaleihin, joita käytetään yleisesti kanavan tilan mittaamiseen TDD-järjestelmissä. Koska yksi tärkeimmistä haasteista tiheiden verkkojen laajamittaisen käyttöönoton yleistymisessä on kustannustehokkaiden tiedonsiirtoratkaisujen puute radionoodien ja runkoverkon välille, myös massiivinen MIMO-pohjainen alle 6 GHz:n ratkaisu tuodaan esille. Väitöskirjassa osoitetaan, että ehdotettu ratkaisu suoriutuu paremmin kuin pelkästään aikatason erotteluun perustuvat perinteisemmät ratkaisut. Mikä tekee tästä tutkimuksesta houkuttelevan on se, että langattomilla vaihtoehdoilla langallisiin verrattuna voidaan alentaa tiheiden verkkojen rakennuskustannuksia merkittävästi. Lisäksi vaihtoehtoiset millimetriaaltoteknologiat vaativat tyypillisesti näkölinjaolosuhteet lähettimen ja vastaanottimen välille, mikä vähentää huomattavasti radionoodien ja runkoverkon rakentamisen joustavuutta. Lopuksi väitöskirjassa esitellään tiheään verkkoon perustuva menetelmä, jolla voidaan ratkaista pienten datapakettien lähetykset, joita valtava määrä konetyyppisen kommunikaation laitteita tuottaa. Ehdotettu lähestymistapa hyödyntää keilanmuodostusta ja perustuu ylälinkin allokaatioiden lähetykseen. Näitä allokaatioita laitteet voivat käyttää pienten pakettien lähettämiseen ilman varsinaista yhteyden muodostusta. Keilanmuodostusta käytetään myös lähetysten vastaanottamiseen. Väitöskirjassa osoitetaan, että ehdotettu lähestymistapa saavuttaa alhaiset todennäköisyydet törmäykselle ja dekoodauksen epäonnistumiselle. Lisäksi tulokset osoittavat, että useita pieniä lähetyksiä voidaan vastaanottaa samanaikaisesti pienellä viiveellä ja matalalla fyysisten radioresurssien menekillä hyödyntämällä spatiaalista vastaanottosuodatinta, joka maksimoi vastaanottotehon suuntiin joihin allokaatiot lähetettiin.