Simulação a nível de sistemas 5G através da utilização de ondas milimétricas

Abstract

Devido à necessidade de atender aos requisitos associados ao mercado móvel cada vez mais exigente, a quinta geração (5G) de comunicações sem fio é caracterizada por proporcionar alta eficiência espectral (SE) e elevada eficiência energética (EE). Neste enquadramento, surgem tecnologias fundamentais para redes de próxima geração, como os sistemas massivos com múltiplas entradas e múltiplas saídas (M-MIMO) baseados em modulação espacial generalizada (GSM), a qual constitui um caso específico de modulação de índices (IM). Nestes sistemas, torna-se possível a utilização de ondas milimétricas (mmWave), as quais permitem providenciar taxas de dados mais elevadas, embora introduzam limitações na cobertura, devido ao aumento da atenuação do sinal. Com o intuito de avaliar o desempenho da comunicação milimétrica em sistemas 5G, efetuou-se o desenvolvimento e atualização de um simulador a nível de sistema, de forma a simular uma rede 5G New Radio (NR), incluindo a implementação de três cenários tridimensionais distintos (UMa, UMi - Street canyon e InO), aplicando diferentes modulações e a mesma numerologia e faixa de frequência. Numa segunda etapa, procedeu-se à análise e discussão dos resultados obtidos, derivados das diversas simulações elaboradas, tanto a nível de "throughput", em função do número de utilizadores e do número de antenas TRP ativas, como a nível de cobertura. Assim, os resultados indicam que os cenários "outdoor", particularmente o cenário UMa, apresentam melhor desempenho e, a nível de "throughput", a modulação 64QAM permite alcançar resultados mais elevados, enquanto que, a nível de cobertura, a modulação QPSK apresenta a melhor performance.

Due to the need to meet the requirements of the increasingly demanding mobile market, the fifth generation (5G) of wireless communications is characterized by providing high spectral efficiency (SE) and high energy efficiency (EE). Therefore, there are emerging fundamental technologies used for the next generation networks, such as massive multiple-input multiple-output systems (M-MIMO) based on generalized spatial modulation (GSM), which constitutes a particular case of index modulation (IM). In these systems, it is possible to use millimeter waves (mmWave), which provide extreme data rates, although limitations in coverage are introduced due to the increased signal attenuation. With the purpose of evaluate the performance of millimeter wave communication in 5G systems, a system-level simulator was developed and updated, in order to simulate a 5G New Radio (NR) network, where three different three-dimensional scenarios (UMa, UMi – Street canyon and InO) were employed, using different modulations and the same numerology and frequency range. In a second phase, the results obtained from the system level simulations were analysed and discussed, both in terms of throughput, depending on the number of users and the number of active TRP antennas, and in terms of coverage. Consequently, the results indicate that outdoor scenarios, particularly the UMa scenario, can achieve an improved performance and, in terms of throughput, 64QAM modulation is able to obtain superior results, while, in terms of coverage, QPSK modulation presents the best performance.