CBL - Campus del Baix Llobregat

Projecte llegit

Títol: Modelatge de canal i disseny de transceptors per a antenes extremadament grans en 6G

Estudiants que han llegit aquest projecte:

Director/a: BERENGUER I SAU, JORDI

Departament: TSC

Títol: Modelatge de canal i disseny de transceptors per a antenes extremadament grans en 6G

Data inici oferta: 07-06-2023     Data finalització oferta: 07-02-2024


Estudis d'assignació del projecte:
    GR ENG SIS TELECOMUN
Tipus: Individual
 
Lloc de realització: Fora UPC    
 
        Supervisor/a extern: Adrián Agustin de Dios
        Institució/Empresa: CTTC-Centre Tec. Telecom de Catalunya
        Titulació del Director/a: PhD
 
Paraules clau:
6G, near field communications, signal processing, wireless communications, Massive MIMO, ELAA
 
Descripció del contingut i pla d'activitats:
El concepte de conjunts d'antenes extremadament grans (ELAA, de les sigles en anglès per a Extremely Large Antenna Arrays), també referit en la literatura com a grans superfícies intel·ligents (LIS, de les sigles en anglès per a Large Intelligent Surfaces) o XLMIMO, abasta els casos en els quals les grandàries dels conjunts d'antenes són físicament tan grans que les comunicacions sense fils poden tenir lloc a la regió denominada de camp pròxim, veure Figura 1, les propietats de la qual difereixen de manera significativa de les comunicacions clàssiques en camp llunyà.

Aquest nou escenari crea un nou paradigma que és necessari investigar. L'oportunitat que ofereix les comunicacions en camp pròxim amb els sistemes ELAA és les de tenir un major control de les condicions del canal sense fil, ja que el feix radiat pot enfocar-se en un punt en l'espai, en comptes de dispersar-se en una direcció [BJO19]. Aquesta propietat redueix dràsticament les interferències entre terminals, la qual cosa permet obtenir grans guanys en el senyal rebut i permet donar servei a un nombre massiu de terminals.

És essencial tenir un bon coneixement del mitjà sense fil en el marc del ELAA. En aquest sentit, alguns treballs recents [BJO21] han dilucidat importants propietats del canal, com per exemple identificar les circumstàncies en les quals és possible la focalització en camp pròxim. Els filtres per a la transmissió i recepció multi-antena han de ser revisats per a fer front a les propietats del mitjà sense fil, tenint en compte la qualitat de la informació de l'estat del canal disponible i l'amplada de banda emprada (banda estreta o banda ampla). L'eficiència espectral aconseguida en l'enllaç ascendent de ELAA s'aborda en [DEJ20] amb esquemes de combinació de filtre adaptat (MR) i MMSE i tenint en compte les àrees efectives de les antenes, la distància dels elements i el desajustament de polarització. Es revela que quan la grandària de les antenes augmenta, el desajustament de la polarització pot degradar l'eficiència espectral


[BJO19] E. Björnson et al., 'Massive MIMO is a Reality ' What is Next? Five Promising Research Direction for Antenna Arrays', Elsevier Digital Signal Processing, vol. 94, Nov. 2019

[PER19] L. Van der Perre et. al., 'RadioWeaves for efficient connectivity: Analysis and impact of constraints in actual deployments', in IEEE Proc Asilomar Conf. on Signals, Systems and Computers, Nov. 2019

[DEC20] E. De Carvalho, et al., 'Non-Stationarities in Extra-Large-Scale Massive MIMO', IEEE Wireless Comm. vol. 27, no. 4, August 2020, https://doi.org/10.1109/MWC.001.1900157

[BJO21] E. Björnson, O. T. Demir, L. Sanguinetti, 'A Primer on Near-Field Beamforming for Arrays and Reconfigurable Intelligent Surfaces', arXiv:2110.06661v2, Dec 2021

[DEJ20] A. de Jesus Torres, Luca Sanguinetti, and E. Björnson, 'Near- and Far-Field Communications with Large Intelligent Surfaces', arXiv:2011.13835v1, Nov 2020
 
Overview (resum en anglès):
This document details the process of an investigation initiated from scratch in collaboration with Adrian Agustin, a researcher from the research center Centre Tecnològic de Telecomunicacions de Catalunya (CTTC). It was carried out using the Matlab program, focusing on channel modeling and transceiver design for extremely large antennas in the context of 6G in an indoor environment, such as an auditorium.

The main focus of this work is directed toward the MIMO concept, which involves the use of multiple transmission and reception antennas. This channel system introduces an additional spatial dimension to communication, providing a gain in degrees of freedom that can significantly increase channel capacity.

The Spectral Efficiency (SE) of the channel between a User Equipment (UE) and a Base Station (BS) is the focal point of this project. Determining the optimal positions of transmitters and receivers is crucial to achieving maximum benefit in SE, as this benefit is directly related to channel capacity, a concept established by Claude Shannon.

This project aims to acquire in-depth knowledge of Massive MIMO technology and assess its behavior in terms of Spectral Efficiency. This evaluation includes the application of this technology in a specific environment, the assessment of its impact based on antenna positions, and, finally, the quantification and understanding of gains in Spectral Efficiency.

In the proposed auditorium scenario, the results indicate a closer alignment with the Line-of-Sight (LoS) propagation model, revealing direct transmissions with a limited number of reflections. Regarding the position of the transmitting antenna, the best results are obtained when placed on the ceiling or on the side, highlighting the critical influence of physical location in optimizing communication. Additionally, it can be concluded that a greater number of antennas contribute benefits in terms of gains in Spectral Efficiency.

© CBLTIC Campus del Baix Llobregat - UPC