Дослідження методів підвищення пропускної здатності гетерогенних мереж 5G
Автор: Никон Олег Андрійович
Кваліфікаційний рівень: магістр
Спеціальність: Інформаційні мережі зв'язку
Інститут: Інститут телекомунікацій, радіоелектроніки та електронної техніки
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2021-2022 н.р.
Мова захисту: українська
Анотація: Оператори зв’язку та виробники телекомунікаційного обладнання постійно шукають можливості збільшити швидкість безпровідної передачі даних. Результати цієї роботи регулярно оформлюються як нове покоління стандартів мобільного зв’язку. Поточну стадію називають п’ятим поколінням - 5G, проте прогрес не стоїть на місці і вже зараз можна почути навіть про шосте покоління мереж. Мережа 5G повинна замінити мережі 2G і 4G, що використовуються зараз. Переваги нового стандарту: швидкість передачі даних, що багаторазово зросла, і пропускна здатність, підключення більшої кількості пристроїв, невелика затримка сигналу (до 1 мілісекунди) та низьке енергоспоживання. Щоб впоратися з надзвичайним попитом на пропускну спроможність та надвисокою щільністю, мережі 5G доведеться адаптуватися до різноманітних топологій розгортання. Для цього буде використано масове розгортання малих комірок та передові технології антен. Таким чином, вони будуть характеризуватися гнучким розгортанням, взаємодією технологій радіодоступу (RAT) (наприклад, 5G, 4G та Wi-Fi), а також універсальністю та адаптованістю нових ключових технологій, що покращують пропускну здатність мережі. У розділі 1 встановлено, що розширений мобільний широкосмуговий доступ – це одна з трьох основних категорій, на які будуть спрямовані вдосконалення 5G NR. Топологія мереж 5G складатиметься з HetNets з масовим розгортанням невеликих комірок поверх уже існуючих макрокомірок, створюючи таким чином дворівневу архітектуру, де макрокомірки відповідатимуть за площину даних, а малі комірки будуть відповідати за збільшення ємності мережі. Оскільки висока цільність мережі само по собі може бути недостатнім, щоб впоратися з очікуваним попитом на трафік, такі технології, як mmWave, масивне MIMO, використання неліцензійного спектра, а також NOMA є багатообіцяючими рішеннями для збільшення спектру та більш ефективного його використання. Очікується, що безпроблемна інтеграція цих ключових технологій у надщільні мережі HetNet сприятиме забезпеченню екстремальних швидкостей передачі даних і значно розширить пропускну здатність мережі 5G. У розділі 2 описано, що множинний доступу NOMA став однією з ключових технологій, що допоможе збільшити пропускну здатність мереж 5G. Вища спектральна ефективність може бути досягнута за допомогою NOMA, порівняно з OMA, оскільки перша дозволяє повторно використовувати доступні ресурси. При передачі NOMA мультиплексує UE з різними коефіцієнтами посилення каналу в одних і тих самих часових/частотних ресурсах і виконує поділ сигналів в області потужності. Хоча при використанні NOMA виникає безліч інших проблем, пов’язаних із розподілом потужності, методом сполучення користувачів, безпекою, висока спектральна ефективність, яку вона забезпечує, дозволяє забезпечити масове підключення та високу швидкість передачі даних. Це мотивує розгляд NOMA для 5G. Однак NOMA не замінить OMA; швидше обидві схеми співіснуватимуть, що призведе до створення гібридних систем MA в 5G. У розділі 3 проведено моделювання в результаті якого отримано приріст пропускної здатності каналу NOMA у порівнянні із OMA залежно від різниці ?CQI. Встановлено, що приріст пропускної здатності значно варіюється від 13% до 71,5%, причому менші значення відповідають найменшому ?CQI, і навпаки. Значення пропускної здатності до 21 Гбіт/с і 13,8 Гбіт/с були досягнуті за допомогою технологій NOMA і OMA відповідно у мережах 5G. Таким чином, підтверджується, що переваги NOMA за пропускною здатністю порівняно з OMA збільшуються в міру збільшення різниці в коефіцієнтах посилення каналу між мультиплексованими UE. Проте, навіть за найменшого ?CQI очікується середній виграш у 40%; при більш високих значеннях CQI1 і CQI2 можуть бути досягнуті вищі швидкості передачі даних і пропускна здатність каналу завдяки більш високому порядку модуляції та нижчій швидкості кодування. У розділі 4 представлено підхід для моделювання впливу зміни параметрів функціонування радіоінтерфейсів 5G на пропускну здатність системи. На основі моделювання проведено дослідження пропускної здатності 5G мережі в умовах використання різної кількості MIMO антен та ширини каналу. Досліджено методи підвищення пропускної здатності 5G мереж в умовах агрегації ліцензійного та неліцензійного спектру. Встановлено, що пропускна здатність мережі досягає до 10Гбіт/с. Об’єкт дослідження – процес передавання даних в мережах 5G. Предмет дослідження – методи підвищення пропускної здатності мереж 5G. Метою роботи є підвищення пропускної здатності мереж 5G шляхом використання нових методів неоргтогонального множинного доступу, використання багатоелементних цифрових антенних решіток та агрегації неліцензійного спектру. Ключові слова: 5G; MIMO; NOMA; LTE-U; OMA; пропускна здатність.