Análisis de un panel 5G: Subsistema de RF y simulación de la capacidad de usuarios

Abstract

This paper aims to analyze some of the technologies used by the new 5G networks, specifically massive MIMO (Multiple Input Multiple Output) based on the use of multiple transmitting and receiving antennas in the same communications panel, allowing beam shaping (or beamforming) very configurable. A block diagram of the RF subsystem (both the beamforming network and the RF Front-End) that makes possible this beamforming oriented to the panel under study is outlined: an array of 8x8 elements spaced lambda/2 at the frequency of 3.6 GHz. Established the theoretical bases of the study, a simulation is carried out in MATLAB with the intention of evaluating the interferences in terms of C/I (carrier to interference ratio) resulting from the use of the same radio resources between different users. Multiple interference case studies are analyzed, trying to determine the theoretical capacity of these systems, measured as the number of simultaneous users that could be served on the same frequency and in the same time slot. Finally, conclusions are presented on the feasibility and limitations of this study through the results obtained, also presenting some possible future lines of research.

El presente trabajo pretende analizar algunas de las tecnologías que usan las nuevas redes 5G, en concreto MIMO masivo (Multiple Input Multiple Output) basado en el uso de múltiples antenas transmisoras y receptoras en el mismo panel de comunicaciones, permitiendo una conformación de haz (o beamforming) muy configurable. Se esboza un diagrama de bloques del subsistema de RF (tanto la red de conformación de haz como el RF Front-End) que hace posible dicho beamforming orientado al panel bajo estudio: un array de 8x8 elementos distanciados lambda/2 a la frecuencia de 3.6GHz. Asentadas las bases teóricas del estudio, se realiza una simulación en MATLAB con la intención de evaluar las interferencias en términos de C/I (relación portadora a interferencia) resultante del uso de los mismos resursos radio entre diferentes usuarios. Se analizan múltiples casos de estudio de interferencias, intentando determinar la capacidad teórica de estos sistemas, medida como el número de usuarios simultáneos a los que se podría prestar servicio en la misma frecuencia y en el mismo slot temporal. Por último, se presentan conclusiones sobre la viabilidad y limitaciones de dicho estudio a través de los resultados obtenidos, presentando además algunas posibles líneas futuas de investigación.

Aquest treball pretén analitzar algunes de les tecnologies que usen les noves xarxes 5G, en concret MIMO massiu (Multiple Input Multiple Output) basat en l'ús de múltiples antenes transmissores i receptores al mateix panell de comunicacions, permetent una conformació de feix (o beamforming) molt configurable. S'esbossa un diagrama de blocs del subsistema de RF (tant la xarxa de conformació de feix com el RF Front-End) que fa possible aquest beamforming orientat al panell sota estudi: un array de 8x8 elements distanciats lambda/2 a la freqüència de 3.6 GHz. Assentades les bases teòriques de l'estudi, es fa una simulació a MATLAB amb la intenció d'avaluar les interferències en termes de C/I (relació portadora a interferència) resultant de l'ús dels mateixos resursos radio entre diferents usuaris. S'analitzen múltiples casos d'estudi d'interferències, intentant determinar la capacitat teòrica d'aquests sistemes, mesurada com el nombre d'usuaris simultanis als quals es podria prestar servei a la mateixa freqüència i al mateix slot temporal. Finalment, es presenten conclusions sobre la viabilitat i les limitacions del dit estudi a través dels resultats obtinguts, presentant a més algunes possibles línies futues de recerca.