Tesis doctoral - Ficha 

Título Mathematical Modelling and Analysis of Spatially Correlated Heterogeneous and Vehicular Networks - A Stochastic Geometry Approach
Estado Finalizado
Autor Francisco J. Martín Vega  
Director/es Mari Carmen Aguayo Torres ,   Gerardo Gómez Paredes
Universidad Universidad de Málaga
Centro Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Telecomunicación
Departamento Ingeniería de Comunicaciones
Fecha lectura 29-06-2017
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Las redes celulares heterogéneas y las comunicaciones vehiculares son dos ingredientes clave de las futuras redes de comunicación 5G, que tienen como objetivo proporcionar altas tasas de datos en el primer caso y alta fiabilidad en el último. Sin embargo, en estos dos escenarios, la interferencia es el principal factor limitante, lo que hace que alcanzar el rendimiento requerido, es decir, velocidad de datos o fiabilidad, sea una tarea difícil. Por tanto, para hacer frente a este problema, se han introducido conceptos como el desacoplamiento de los enlaces ascendente y descendente (UL/DL), estrategias conscientes de la interferencia o comunicaciones cooperativas con las Redes de Acceso de Radio en Nube (CRAN) para los nuevos lanzamientos de 4G y 5G previstos. Además, con el propósito de aumentar las velocidades de datos, se han propuesto nuevos esquemas de acceso como el Acceso Múltiple No Ortogonal (NOMA) para redes 5G.

Todas estas técnicas y conceptos requieren modelos matemáticos precisos y manejables para el análisis de prestaciones. Este análisis nos permite obtener conclusiones teóricas sobre los indicadores clave de rendimiento que conducen a una comprensión profunda de las técnicas consideradas. Debido a la naturaleza aleatoria e irregular que exhiben las redes heterogéneas, así como las redes vehiculares, la geometría estocástica ha aparecido recientemente como una herramienta prometedora para el modelado y análisis a nivel de sistema. Sin embargo, algunas características de las redes heterogéneas y vehiculares, como el control de potencia o la planificación de recursos, imponen correlaciones espaciales sobre el proceso puntual subyacente que complican significativamente el análisis matemático. En esta tesis, se ha utilizado la geometría estocástica y la teoría de procesos punto para investigar las prestaciones de estas técnicas antes mencionadas.

En primer lugar, se deriva un marco matemático para el análisis de un control de potencia fraccional consciente de la interferencias (IAFPC) para la mitigación de interferencias en el enlace ascendente de redes heterogéneas. El análisis revela que el IAFPC supera al clásico control de potencia fraccionado en términos de eficiencia espectral, potencia media transmitida, y media y varianza de la interferencia. A continuación, se investiga el rendimiento de un algoritmo de planificación en el que los terminales móviles (MTs) se pueden apagar si causan un nivel de interferencia superior a un umbral determinado.

En segundo lugar, se propone un modelo UL multiusuario para evaluar la probabilidad de cobertura de diferentes MTs en cada celda. A continuación, se estudia la probabilidad de cobertura de sistemas celulares bajo el desvanecimiento tipo Hoyt (Nakagami-q). Este modelo de desvanecimiento, nos permite considerar las condiciones de desvanecimiento más severas que Rayleigh, que es normalmente el modelo de desvanecimiento considerado por su simplicidad.

En tercer lugar, se propone, modela y analiza un nuevo esquema basado en NOMA para CRAN. En este esquema, dos usuarios están planificados en los mismos recursos según NOMA; sin embargo, el rendimiento de los usuarios de borde mejora gracias a la formación coordinada de haces.

Finalmente, se investigan las prestaciones de un algoritmo descentralizado de control de acceso al medio (MAC) para comunicaciones vehiculares. Con esta estrategia, la red celular proporciona sincronización de frecuencia y tiempo para la comunicación directa Vehículo a

Vehículo (V2V), que se basa en su información geográfica. El análisis demuestra que existe un régimen de operación en el que el rendimiento está limitado por el ruido. A continuación, se obtiene la potencia de transmisión óptima que maximiza la eficiencia energética del sistema sujeto a una restricción de probabilidad de captura mínima.


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