[en] RESOURCE ALLOCATION TECHNIQUES FOR CELL-FREE MASSIVE MIMO NETWORKS

[pt] TÉCNICAS DE ALOCAÇÃO DE RECURSOS EM REDES DE MÚLTIPLAS ANTENAS MASSIVAS LIVRES DE CÉLULAS

[pt] SAEED MASHDOUR

[pt] ALOCACAO DE POTENCIA

[pt] INFORMACAO DO ESTADO DO CANAL

[pt] PROGRAMACAO DE USUARIOS

[pt] AGRUPAMENTO

[pt] MIMO MASSIVO SEM CELULAS

[en] POWER ALLOCATION

[en] CHANNEL STATE INFORMATION

[en] USER SCHEDULING

[en] CLUSTERING

[en] CELL-FREE MASSIVE MIMO

[pt] As redes multi-input multi-output massivas livres de células (CFmMIMO) são uma evolução promissora nas comunicações sem fio, oferecendo melhorias notáveis na experiência do usuário e no desempenho da rede ao eliminar as fronteiras tradicionais das células. Essas redes empregam um grande número de pontos de acesso (APs) distribuídos para servir um número menor de equipamentos de usuário (UEs), formando uma arquitetura de rede sem fio única que garante uma cobertura sólida e entrega de serviço. Uma preocupação primária no contexto das redes CF-mMIMO é a alocação eficiente de recursos, particularmente o agendamento de usuários e a alocação de potência. O objetivo desta dissertação é investigar essas tarefas na transmissão downlink de uma rede CF-mMIMO, considerando tanto a informação perfeita quanto a imperfeita do estado do canal (CSI). No agendamento de usuários, o objetivo é selecionar um subconjunto de UEs para serem atendidos em um determinado momento. Esse processo é inerentemente complexo, pois deve levar em consideração diversos fatores, como a prioridade dos UEs, as condições variáveis do canal e as localizações físicas dos UEs. O agendamento eficaz de usuários é fundamental para otimizar a utilização dos recursos da rede, melhorar a satisfação dos UEs e gerenciar o tráfego da rede de forma eficiente. A alocação de potência também desempenha um papel crucial na distribuição da potência de transmissão entre os APs e os UEs selecionados. Nos sistemas CF-mMIMO, uma estratégia eficaz de alocação de potência pode ajudar a mitigar a interferência entre usuários e otimizar a eficiência energética, enquanto impõe as restrições de potência total disponível e de hardware. Esta dissertação também considera o contexto das redes livres de células agrupadas (CLCF), como o agrupamento de rede não sobreposto e também o livres de células centrado no usuário (UCCF). Essas redes apresentam seus próprios desafios e oportunidades únicos em termos de agendamento de usuários e alocação de potência. Uma exploração e comparação aprofundada de diferentes técnicas dentro desses contextos poderia oferecer insights valiosos para o desenvolvimento de estratégias de alocação de recursos mais eficientes. A dissertação visa fornecer um estudo abrangente da alocação de recursos, focando no agendamento de usuários e na alocação de potência na transmissão downlink de redes CF-mMIMO, levando em consideração tanto a CSI perfeita quanto a imperfeita e explorando as implicações dessas técncas nos contextos das redes CLCF e UCCF, além de indicar alguns tópicos para investigação futura.

[en] Cell-Free Massive Multiple-Input Multiple-Output (CF-mMIMO) networks are a promising evolution in wireless communications, offering notable improvements in user experience and network performance by eliminating traditional cell boundaries. These networks employ a large number of distributed access points (APs) to serve a smaller number of user equipments (UEs), forming a unique wireless network architecture that ensures solid coverage and service delivery. A primary concern in the context of CF-mMIMO networks is the efficient allocation of resources, particularly user scheduling and power allocation. The aim of this thesis is to investigate these tasks in the downlink of a CF-mMIMO network, considering both perfect and imperfect channel state information (CSI). In user scheduling, the objective is to select a subset of UEs to be served at any given time. This process is inherently complex as it must cater for numerous factors such as the priority of UEs, varying channel conditions, and physical UE locations. Effective user scheduling is instrumental in optimizing the utilization of network resources, enhancing UE satisfaction, and managing network traffic efficiently. Power allocation also plays a key role in the distribution of transmission power among APs and the selected UEs. In CF-mMIMO systems, an effective power allocation strategy can help mitigate inter-user interference and optimize energy efficiency, while enforcing the total available power and hardware constraints. This thesis further considers the context of clustered cell-free (CLCF) networks, as non-overlapping network clustering and also usec-centric cell-free (UCCF). These networks present their own unique challenges and opportunities in terms of user scheduling and power allocation. An in-depth exploration and comparison of different techniques within this settings could offer valuable insights into the development of more efficient resource allocation strategies. The thesis aims to provide a comprehensive study of resource allocation, focusing on user scheduling and power allocation in the downlink of CF-mMIMO networks, taking into account both perfect and imperfect CSI and exploring the implications of these techniques in CLCF and UCCF network contexts, and indicate some topics for further investigation in the future works.

RODRIGO CAIADO DE LAMARE

MARCO ANTONIO GRIVET MATTOSO MAIA

RODRIGO CAIADO DE LAMARE

LUKAS TOBIAS NEPOMUK LANDAU

ELENA VERONICA BELMEGA

PAULO RICARDO BRANCO DA SILVA

ANKE SCHMEINK

KANAPATHIPPILLAI CUMANAN

2025-02-20

2024-11-29

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INGLÊS

https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/colecao.php?strSecao=resultado&nrSeq=69453@1

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https://doi.org/10.17771/PUCRio.acad.69453