Traduccion (2)

Una encuesta de la red 5G: arquitectura y Tecnologías emergentes AKHIL GUPTA, (Miembro Estudiante, IEEE), Y RAKESH KUMAR JHA, (Miembro Senior, IEEE) RESUMEN En el futuro cercano, es decir, m ás allá de 4G,

algunos de los principales objetivos o demandas que necesitan se abordar án el aumento de la capacidad, la velocidad de datos mejorada, la latenci a disminuida y una mejor calidad del servicio.

tecnologías. Sin embargo, los componentes auxiliares también pueden constituyen futuras nuevas tecnolog ías inalámbricas, que puede adjuntar las tecnolog ías evolucionadas. Muestra de estos son los nuevos componentes tecnol ógicos son diferentes formas de acceder espectro y rangos de frecuencia considerablemente m ás altos, el instigaci ón de configuraciones de antena masivas, dispositivo directo a dispositivo comunicación y despliegues ultradensos [1]. Desde su inicio a fines de la d écada de 1970, la tecnología inalámbrica móvil la comunicación se ha producido a través de llamadas de voz anal ógicas a las tecnologías modernas actuales adepto de proporcionar

Para cumplir con estas demandas, se deben realizar

alta calidad servicios de banda ancha m óvil con tasas de

mejoras drásticas en la arquitectura de red celular. Este

datos de usuario final de varios megabits por segundo en

papel presenta los resultados de una encuesta detallada

áreas amplias y decenas, o incluso cientos, de megabits

sobre la arquitectura de red celular de quinta generaci ón

por segundo a nivel local. Este documento presenta

(5G) y algunos de las tecnolog ías emergentes clave que

nuestra opini ón sobre el futuro de comunicaci ón

son útiles para mejorar la arquitectura y satisfacer las

inalámbrica para 2020 y m ás allá. En este papel,

demandas de usuarios. En esta encuesta detallada, el

describimos los desaf íos clave que enfrentar á futura

foco principal está en la arquitectura de red celular 5G,

comunicación inalámbrica mientras habilita la red

múltiple masivo entrada de tecnolog ía de salida m últiple

sociedad. Junto con esto, algunas rutas tecnol ógicas que

y comunicación de dispositivo a dispositivo (D2D).

pueden ser tomado para cumplir con estos desaf íos [1].

Soluciones de onda milimétrica para redes celulares 5G y

La imaginación de nuestro futuro es una sociedad en red

tecnologías en la nube para redes de acceso de radio 5G

con acceso ilimitado a la informaci ón y el intercambio de

y redes definidas por software. En este documento, se

datos que es accesible en todas partes y en todo

propone una arquitectura de red celular 5G probable

momento para todos y todo. Para realizar esta

general, que muestra que D2D, puntos de acceso de

imaginación, nuevos componentes de tecnolog ía

células pequeñas, nubes de redes e Internet de las cosas

necesidad de ser examinado para la evoluci ón de los

pueden ser parte de Arquitectura de red celular 5G. Se

existentes tecnolog ías inalámbricas. Presente

incluye una encuesta detallada sobre los pr oyectos de

tecnologías inalámbricas, como el 3rd Generation

investigación actuales realizados en diferentes pa íses

Partnership Project (3GPP)

por grupos de investigación e instituciones que trabajan en tecnologías 5G.

La tecnología LTE, HSPA y Wi-Fi, incorporar án nuevas componentes tecnol ógicos que ayudar án a satisfacer las

TÉRMINOS DE ÍNDICE 5G, nube, D2D, MIMO masivo,

necesidades del futuro. Sin embargo, puede haber

onda MM, rel é, célula pequeña.

ciertos escenarios que no puede abordarse adecuadamente junto con la evoluci ón de tecnolog ías

I. INTRODUCCIÓN

Hoy y en el futuro reciente, para cumplir con las presunciones y desaf íos del futuro cercano, las redes inalámbricas de hoy tendr á que avanzar de varias

existentes en curso. La instigación de completamente las nuevas tecnologías inalámbricas complementarán la corriente tecnologías que son necesarias para la realización a largo plazo de la sociedad en red [2].

maneras. Reciente constituyente tecnol ógico como el

El resto del documento est á organizado de la siguiente

acceso a paquetes de alta velocidad (HSPA) y la

manera: En la Sección II, presentamos la evoluci ón de la

evolución a largo plazo (LTE) se lanzar á como un

tecnología inalámbrica tecnologías. La Sección III brinda

segmento del avance de la base inal ámbrica actual

la descripción detallada de la arquitectura de red celular

La batería del teléfono móvil 2G dura m ás debido a la

5G general propuesta.

radio señales que tienen baja potencia. Tambi én

II. EVOLUCIÓN DE LAS TECNOLOGÍAS INALÁMBRICAS

G. Marconi, un inventor italiano, abre el camino de Comunicaciones inalámbricas de los últimos días mediante la comunicación de la letra 'S' a lo largo de una distancia de 3Km en forma de tres puntos C ódigo Morse

proporciona servicios como Short Servicio de mensajes (SMS) y correo electrónico. Tecnologías eminentes vitales fueron GSM, acceso m últiple por división de código (CDMA), e IS-95 [3], [7]. C. 2.5G

con la ayuda de ondas electromagn éticas. También

En general, suscribe un sistema celular de segunda

muestra que las tecnolog ías 1G y 2G usan conmutaci ón

generación se fusionó con General Packet Radio Services

de circuitos mientras 2.5G y 3G utiliza conmutaci ón de

(GPRS) y otras comodidades no suelen dotar en 2G o 1G

circuitos y paquetes y las siguientes generaciones desde

redes. Un sistema 2.5G generalmente usa un sistema 2G

3.5G hasta ahora, es decir, 5G est án usando cambio de

marcos, pero aplica la conmutaci ón de paquetes junto

paquetes Junto con estos factores, tambi én diferencia

con Cambio de circuito. Puede ayudar a velocidades de

entre el espectro con licencia y el espectro sin licencia.

datos de hasta 144 kbps. las principales tecnolog ías 2.5G

Todas las generaciones en evoluci ón usan el espectro licenciado mientras el WiFi, Bluetooth y WiMAX est án utilizando el sin licencia espectro. Una visi ón general sobre la evolución de la tecnología inalámbrica las tecnologías están a continuación: FIGURA 1. Evolución de las tecnologías inalámbricas.

fueron GPRS, velocidad de datos mejorada para la evolución GSM (EDGE) y la divisi ón de código múltiple Access (CDMA) 2000 [3], [7]. D. 3G

La 3ra generación se estableci ó a finales de 2000. Imparte velocidad de transmisi ón hasta 2Mbps. Tercera generación (3G) sistemas combinan el acceso m óvil de

A. 1G

La 1ra generación fue anunciada en la d écada de 1980

alta velocidad a servicios basados en Protocolo de Internet (IP). Aparte de la velocidad de transmisi ón, se

inicial. Tiene una velocidad de datos de hasta 2.4 kbps.

realizó una mejora no convencional para mantener la

Los principales suscriptores fueron Sistema avanzado de

QoS. Servicios adicionales como roaming global y voz

telefonía móvil (AMPS), móvil nórdico Teléfono (NMT) y comunicación de acceso total Sistema (TACS). Tiene muchas desventajas como debajo por capacidad, traspaso imprudente, asociaciones de voz inferiores, y sin seguridad, ya que las llamadas de voz se

mejorada la calidad hizo 3G como una generaci ón notable. El mayor desventaja para los tel éfonos 3G es que requieren m ás poder que la mayor ía de los modelos 2G. Junto con esta red 3G los planes son m ás caros que 2G [3], [7]. Ya que 3G implica la introducci ón y utilización

almacenaron y se jugaron en torres de radio debido a la

de Wideband Acceso múltiple por división de código

vulnerabilidad de estas llamadas de escuchas no

(WCDMA), universal Sistemas de telecomunicaciones

deseadas por terceros aumenta [7].

móviles (UMTS) y código Las tecnologías de acceso múltiple por división (CDMA) 2000.

B. 2G E. 3.75G

La 2 ª generación se introdujo a finales de 1990. La tecnología digital se usa en tel éfonos móviles de

Tecnología Evolution a Largo Plazo (LTE) y Fixed

segunda generación.

Interoperabilidad mundial para acceso por m icroondas

Sistemas globales para comunicaciones m óviles (GSM)

LTE y WIMAX fijo tiene el potencial de complementar la

fue el primer sistema de segunda generaci ón,

capacidad de la red y proporciona a un n úmero

principalmente utilizado para voz comunicaci ón y tener

sustancial de usuarios la facilidad para acceder a una

una tasa de datos de hasta 64 kbps.

amplia gama de servicios de alta velocidad, como en la

(WIMAX) es el futuro de los servicios de datos m óviles.

demanda video, intercambio de archivos punto a punto y servicios web compuestos.

F. 4G

4G es generalmente referido como el descendiente de 3G y 2G est ándares. Proyecto de Asociación de Tercera Generación (3GPP) está actualmente estandarizando la Evolución a Largo Plazo (LTE) Avanzado como pr óximo estándar 4G junto con Mobile Interoperabilidad mundial para el acceso por microondas (WIMAX).Un sistema 4G mejora la comunicación predominante redes mediante la impartición de una solución completa y confiable basada en IP Las comodidades como voz, datos y multimedia serán impartido a los suscriptores en cualquier momento y en cualquier lugar y a velocidades de datos bastante m ás altas en relación con las generaciones anteriores.Las aplicaciones que se est án haciendo para usar una red 4G son Servicio de mensajes multimedia (MMS), video digital Broadcasting (DVB) y video chat, TV de alta definici ón contenido y TV m óvil [2], [4] - [6]. G. 5G

Con un aumento exponencial en la demanda de los usuarios, 4G ahora será reemplazado f ácilmente por 5G con un tecnología de acceso avanzado llamada Beam Division Multiple Acceso (BDMA) y No y cuasi-ortogonal o Filtro Acceso m últiple de banco múltiple (FBMC). El concepto detrás de la t écnica BDMA se explica considerando el caso de la estaci ón base que se comunica con las estaciones m óviles. En esta comunicación, se asigna un haz ortogonal a cada estación móvil y la t écnica BDMA dividirán esa haz de antena según la ubicación de las estaciones m óviles para dar múltiples accesos a las estaciones m óviles, que Aumentar de forma correspondiente la capacidad del sistema [8]. Una idea para cambiar hacia 5G se basa en las derivaciones actuales, es com únmente asumido que las redes celulares 5G deben abordar seis desaf íos que no son abordados de manera efectiva por 4G, es decir mayor capacidad, mayor velocidad de datos, menor latencia de extremo a extremo, conectividad masiva de dispositivos, costo reducido y consistente Aprovisionamiento de Quality of Experience [22], [23]. Estas los desaf íos se muestran concisamente en la Fig. 2  junto con algunos facilitadores potenciales para abordarlos. Una visión general de los desaf íos, facilitadores y diseño correspondiente

los fundamentos para 5G se muestran en la Fig. 2 [20]. Recientemente introdujo los est ándares IEEE 802.11ac, 802.11ad y 802.11af son muy útiles y actúan como bloques de construcción en el camino hacia 5G [9] - [13]. La comparación técnica entre estos est ándares se muestra en la tabla 1 y la comparaci ón detallada de generaciones inalámbricas se muestra en la tabla 2. III. ARQUITECTURA DE RED CELULAR 5G

Para contemplar la red 5G en el mercado ahora, es evidente que las t écnicas de acceso múltiple en la red son casi en un alambique y requiere una mejora repentina. Corriente tecnolog ías como OFDMA funcionarán al menos para el pr óximo 50 años. Por otra parte, no hay necesidad de tener un cambio en la configuración inalámbrica que se produjo de 1G a 4G. Alternativamente, podr ía haber solo la adici ón de una aplicación o mejora realizada en la red fundamental para por favor los requisitos del usuario. Esto provocar á el paquete proveedores a la deriva para una red 5G tan pronto como 4G es comercialmente configurar [8]. Para cumplir con las demandas del usuario y para superar los desaf íos que se han presentado en el Sistema 5G, un cambio drástico en la estrategia de dise ño la arquitectura celular inalámbrica 5G es necesaria. Entonces, para que los usuarios internos se comuniquen con la base externa estaci ón, las se ñales tendr án que viajar a través de las paredes del interior, y esto dar á como resultado una pérdida de penetración muy alta, que de manera correspondiente cuesta con una eficiencia espectral reducida, velocidad de datos y eficiencia energética de las comunicaciones inalámbricas. Para superar este desaf ío, una nueva idea o técnica de diseño que ha venido a la existencia para maquinar el La arquitectura celular 5G es diferente dentro y fuera Configuraciones [8]. Con esta t écnica de diseño, la pérdida de penetración a trav és de las paredes del edificio se reducir á un poco. Esta idea ser á apoyada con la ayuda de MIMO masivo tecnolog ía [15], en la que la matriz dispersa geogr áficamente de las antenas est án desplegadas que tienen decenas o cientos de unidades de antena. Dado que los sistemas MIMO actuales est án usando cualquiera dos o cuatro antenas, pero la idea de sistemas MIMO masivos ha surgido con la idea de utilizar las ventajas de los grandes elementos de antena de matriz en t érminos de ganancias de gran capacidad.

-------------------2 CUADROS ------Dado que la arquitectura celular 5G es heterog énea, por lo que debe incluir macroceldas, microceldas, celdas pequeñas y relés. Un concepto de c élula pequeña móvil es una parte integral de la red inal ámbrica 5G red celular y en parte se compone de retransmisi ón móvil y conceptos de células pequeñas [19]. Se está  resentando para soportar usuarios de alta movilidad, que est án dentro de los automóviles y trenes de alta velocidad. Las células pequeñas móviles se colocan dentro del mover automóviles para comunicarse con los usuarios dentro el automóvil, mientras que la unidad masiva MIMO que consiste de grandes matrices de antenas se coloca fuera del automóvil para comunicarse con la estaci ón base externa. De acuerdo a la opini ón del usuario, una c élula pequeña móvil se realiza como un estaci ón base y sus usuarios aliados son observados como un so lo unidad a la estación base que demuestra la idea anterior de dividiendo configuraciones interiores y exteriores. C élula pequeña móvil los usuarios [19] tienen una alta velocidad de datos para los servicios de velocidad de datos con considerable sobrecarga de se ñalización, como se muestra en [8]. Como la arquitectura de red celular inalámbrica 5G consiste de solo dos capas l ógicas: una red de radio y una red nube. Diferentes tipos de componentes que realizan diferentes las funciones

comunicación de Dispositivo a Dispositivo (D2D), acceso a células pequeñas puntos e Internet de las cosas (IoT) también se ha incorporado en esta propuesta de arquitectura de red celular 5G. En general, esta arquitectura propuesta de red celular 5 G puede proporcionar una buena plataforma para la futura red de estandarización 5G. Pero hay varios problemas que deben abordarse en Para realizar la arquitectura de red inalámbrica en particular, y redes 5G en general. Algunos de estos problemas son resumido en la Tabla. 3 [20]. IV. TECNOLOGÍAS EMERGENTES PARA 5G REDES INALÁMBRICAS

Se espera que el volumen de tr áfico móvil e inalámbrico aumentar mil veces durante la pr óxima década, que se ser impulsado por los 50 mil millones de dispositivos conectados esperados conectados a la nube en 2020 y todos necesitan acceder y compartir datos, en cualquier lugar y en cualquier momento. ---------------------------1 CUADRO-----------------------Para la visión del mundo que todo lo comunica en relación con la red actual, el objetivo t écnico general es proporcionar una idea de sistema que admita [21]:

• 1000 veces mayor volumen de datos por área

constituyen la red de radio. La red la nube de virtualización de funciones (NFV) consiste en un plano de

• 10 a 100 veces m ás cantidad de dispositivos

usuario entidad (UPE) y una entidad del plano de control

conectados

(CPE) que realizan funcionalidades de capa superior relacionadas con el usuario y Plano de control,

• 10 a 100 veces mayor tasa de datos de usuario t ípica

respectivamente. Funcionalidad de red especial como un

• 10 veces mayor duraci ón de la batería para bajo

servicio (XaaS) proporcionará el servicio seg ún

consumo masivo

necesidad, recurso la puesta en com ún es uno de los ejemplos. XaaS es la conexión entre una red de radio y una nube de red [20]. La arquitectura de la red celular 5G se explica en [8] y [20]. Tiene la misma importancia

Dispositivos de comunicación de la máquina (MMC)

• 5 latencia reducida de extremo a extremo (E2E)

en términos de frente red de extremo y de retorno

En este documento, cubriremos una amplia área de

respectivamente. En este documento, un se ha

tecnologías con muchos desaf íos técnicos surge debido a

propuesto una arquitectura general de red celular 5G

una variedad de aplicaciones y requisitos del usuario.

como se muestra en la Fig. 3. Describe la

Para proporcionar un plataforma conectada común para

interconectividad entre las diferentes tecnolog ías

una variedad de aplicaciones y requisitos para 5G,

emergentes como Massive Red MIMO, red de Radio

investigaremos la tecnolog ía a continuación

Cognitiva, móvil y redes estáticas de c élulas pequeñas.

componentes [21]:

Esta arquitectura propuesta tambi én explica el papel de la virtualización de funciones de red (NFV) nube en la

• Radio-enlaces, incluye el desarrollo de una nueva

arquitectura de red celular 5G. El concepto de

transmisión

formas de onda y nuevos enfoques de acceso m últiple

tecnologías, clasificadas en importancia percibida, que

control y gestión de recursos de radio.

será crucial en el futuro inal ámbrico estándares.

• Transmisiones multinodo y multiondana, incluye dise ño

A. MIMO MASIVO

de tecnologías de transmisión / recepción de múltiples antenas basado en configuraciones de antena masivas y Desarrollar esquemas avanzados de coordinaci ón entre

Massive MIMO es una tecnolog ía en evolución que ha sido actualizado de la tecnolog ía MIMO actual. El

nodos y tecnologías multi-hop.

sistema MIMO utiliza matrices de antena que contienen

--------------------------1 IMAGEN-------------------

tiempo, frecuencia ranura que sirve muchas decenas de

pocos cientos antenas que son al mismo tiempo en un terminales de usuario. El objetivo principal de la

FIGURA 3. Una arquitectura general de red celular 5G.

tecnología Massive MIMO es extraer todos los

• Dimensión de la red, incluye considerar la demanda,

beneficios de MIMO pero en una escala mayor. En

gestión del tráfico y la movilidad, y enfoques novedosos para una gestión de interferencia eficiente en complejos despliegues heterog éneos.

general, masivo MIMO es una tecnolog ía en evolución de redes de pr óxima generación, que es energéticamente eficiente, robusto, seguro y de espectro eficiente [24].

• Uso del espectro, incluye considerar extender banda de operación del espectro, as í como operación en regímenes de espectro para proporcionar un concepto

Massive MIMO depende de la multiplexaci ón espacial, que además, depende de que la estaci ón base tenga el

de sistema completo para nuevos reg ímenes de

estado del canal información, tanto en el enlace

espectro que abordan necesidades de cada escenario de

ascendente como en el enlace descendente. En el caso

uso.

del enlace descendente, no es f ácil, pero en el caso del

Ahora los temas que integrarán un subconjunto de la

pilotos. Sobre la base de pilotos, se estima la respuesta

componentes de tecnolog ía y proporciona la soluci ón de

del canal de cada terminal. En los sistemas MIMO

algunos de los objetivos que se identificaron

convencionales, la estación base env ía el formas de onda

anteriormente son [21]:

piloto a los terminales y en base a estos, el estimar el

• Comunicaciones de dispositivo a dispositivo (D2D) hace referencia a comunicación directa entre dispositivos que permiten intercambio de tr áfico de avión de usuario sin pasar por un infraestructura de red.

• Comunicaciones masivas de máquinas (MMC) se formarán la base de la Internet de las cosas con un amplio rango de campos de aplicaci ón, incluida la industria del automóvil, seguridad pública, servicios de emergencia y médicos campo.

• Moving Networks (MN) mejorará y extenderá unir poblaciones potencialmente grandes de forma conjunta dispositivos de comunicación en movimiento.

• Redes ultradensas (UDN) ser án el principal conductor cuyos objetivos son aumentar la capacidad, aumentar la energía eficiencia de los enlaces de radio, y permitir una mejor explotación del espectro infrautilizado.

enlace ascendente, es f ácil, ya que las terminales envían

canal terminal, cuantificarlo y retroalimentarlos a la estación base. Este proceso no es viable para masivos Sistemas MIMO, especialmente en condiciones de alta movilidad por dos razones. 1) MIMO MASIVO TIENE LA CAPACIDAD QUE PUEDE MEJORAR LA EFICIENCIA ENERGÉTICA RADIADA POR 100 VECES Y, AL MISMO TIEMPO, AUMENTAN LA CAPACIDAD DE LA ORDEN DE 10 O MÁS Lo positivo del aumento en la capacidad es debido a la técnica de multiplexación espacial utilizada en Massive Sistemas MIMO. En cuanto a la mejora en la radiaci ón la eficiencia energética, es debido al aumento en el Número de antenas, la energ ía ahora puede concentrarse en peque ñas regiones en el espacio. Se basa en el principio de coherencia superposici ón de frentes de onda. Después de transmitir la forma se ñales de las antenas, la estaci ón base no tiene ning ún papel  jugar confirmando que todos los frentes de onda que

• Redes ultra confiables (URN) permitir án alta grados de disponibilidad. En esta sección, identificamos varias

han sido emitido desde las antenas posiblemente se

sumarán constructivamente a las ubicaciones de la

Estos grados de libertad disponibles pueden ser

terminal prevista y destructivamente en otra parte.

explotado al usarlos para la configuraci ón de la se ñal que

El forzado cero se usa para suprimir la interferencia restante entre los terminales, pero a expensas de un aumento potencia transmitida [24]. La conveniencia de combinar la relación máxima (MRC) es más en relación con el forzamiento cero (ZF) debido a su computaci ón facilidad, es decir, las se ñales recibidas se multiplican por su conjugar las respuestas del canal y debido a la razón por la que es ejecutado en un modo disperso, de forma autónoma en cada antena elemento. Aunque ZF también funciona igual de bien para un ortodoxo Sistema MIMO que MRC normalmente no tiene. El principal razón detrás del uso eficiente de la MRC con masivos MIMO que implica una gran cantidad de

será hardware amigable Espec íficamente, cada antena con el uso de amplificadores de frecuencia de radio muy económicos y potentes puede transmitir se ñales que tienen una peque ña relación entre pico y promedio [27] y envolvente constante [28] a un precio modesto de aumento total potencia radiada Con la ayuda de un sobre constante multiusuario precodificación, las señales transmitidas desde cada antena son ni formarse en términos de haz ni mediante el pesaje de un s ímbolo. Por el contrario, un campo de onda se crea y se muestrea con respecto a la ubicaci ón de los terminales y pueden ver precisamente las se ñales de lo que pretendíamos hacerles ver.

antenas de estaci ón base, las respuestas de canal aliadas

Massive MIMO tiene una propiedad vital que lo hace

con diferentes terminales tienden a ser casi ortogonal.

posible. El canal masivo MIMO tiene espacios nulos

Con el uso del receptor MRC, estamos operando en una sistema de ruido restringido MRC en el sistema Massive MIMO reducirá el poder en la medida de lo posible privado de realmente molesta la eficiencia espectral global y multiusuario interferencia, pero lo s efectos de las deficiencias de hardware son pro bable que sea superado por el ruido t érmico. Pero la intención detrás de la eficiencia espectral total 10 veces mayor como en comparación con MIMO convencional es porque 1 0 veces m ás los terminales se sirven concurrentemente en la misma frecuencia de tiempo recurso [26]. 2) LOS SISTEMAS DE MIMO MASIVOS SE PUEDEN COLOCAR JUNTOS CON LA AYUDA DE BAJA POTENCIA Y

grandes en los que casi todo se puede comprometer sin perturbar el terminales. Precisamente se pueden colocar módulos en este nulo espacio que hace que las formas de onda transmitidas cumplan el restricciones de sobre preferidas. Sin embargo, el operativo canales en medio de la estación base y cada terminal, pueden ser procedi ó sin la participación de la modulación de tipo PSK y puede tomar cualquier constelación de señal como entrada [24]. La mejora considerable en la eficiencia energ ética facilita los sistemas MIMO masivos para trabajar dos pasos de baja magnitud que con la tecnolog ía existente en la producción total Potencia de RF. Esto es importante porque las estaciones base celulares est án consumiendo mucha energ ía y es un área de

COMPONENTES MENOS COSTOSOS

preocupación.

Massive MIMO ha presentado un cambio con respecto al

3) EL MIMO MASIVO PERMITE UNA DISMINUCI ÓN

concepto, esquemas y ejecuci ón. Masivo Los sistemas

SUSTANCIAL EN LATENCIA EN LA INTERFAZ DE AIRE

MIMO usan cientos de amplificadores menos costosos

La latencia es el principal motivo de preocupaci ón en la

en respecto a los costosos amplificadores ultra lineales de 50 vatios porque anteriormente est án teniendo una potencia de salida en el rango de milivatios, que es mucho mejor que el último que son generalmente siendo utilizado en sistemas convencionales. Es diferente a los convencionales esquemas de matriz, ya que usará solo una pequeña antena que est án siendo alimentados desde amplificadores de alta potencia pero teniendo un impacto notable. La mejora m ás significativa es sobre la eliminaci ón de una gran cantidad de art ículos costosos y masivos como grandes cables coaxiales [24].

próxima generación redes. En la comunicación inalámbrica, la principal causa de la latencia se est á desvaneciendo Este fen ómeno ocurre en medio de la base estación y terminal, es decir, cuando la se ñal se transmite desde la estaci ón base, viaja a trav és de diferentes caminos m últiples debido a los fen ómenos como la dispersión, la reflexión y difracción antes de que llegue a la terminal. Cuando la se ñal a través de estos múltiples caminos llega a la terminal que interferir á constructiva o destructivamente, y el caso cuando las siguientes ondas de estos caminos m últiples interfieren

destructivamente, la intensidad de la se ñal recibida se

con N antenas. hola, k, l, n representan el coeficiente del

reduce a un considerable punto bajo. Si el terminal est á

canal del usuario k- ésimo en la celda l- ésima a la n- ésima

atrapado en un descenso gradual, entonces ti ene

antena de la estaci ón base i- ésima, que es equivalente a

esperar a que el canal de transmisi ón cambie hasta que

un complejo pequeño tiempo de factor de

haya datos puede ser recibido. Massive MIMO, debido a

desvanecimiento de escala un factor de amplitud que

una gran cantidad de antenas y con la idea de formar

interpreta para atenuación geométrica y

haces puede evitar la decoloración caídas y ahora la

desvanecimiento a gran escala:

latencia no puede reducirse a ún más [24]. hola, k, l, n = gi, k, l, n pag di, k, l (1) 4) MIMO MASIVO HACE EL M ÚLTIPLE CAPA DE ACCESO SIMPLE

Donde gi, k, l, n y di, k, l representan el desvanecimiento complejo de peque ña escala y coeficientes de

Con la llegada de Massive MIMO, el canal se fortalece y

desvanecimiento a gran escala, respectivamente. El

ahora la programación del dominio de frecuencia no es

pequeño los coeficientes de desvanecimiento de escala

suficiente. OFDM proporciona, cada subportadora en un

están implícitos para ser diversos para diversos usuarios

sistema MIMO masivo con considerablemente la misma

o para diversas antenas en cada estaci ón base, aunque

ganancia de canal debido a que cada y cada terminal

los coeficientes de desvanecimiento a gran escala son los

puede proporcionarse con ancho de banda completo,

mismos para diversos antenas en la misma estaci ón

que reduce la mayor parte de la se ñalización de control

base, pero dependen del usuario. Luego, la matriz de

de la capa f ísica terminado [24].

canales de todos los usuarios de K en la celda l-th para la estación base i-th se puede expresar como

5) MIMO MASIVO AUMENTA IGUALMENTE LA FUERZA CONTRA LA INTERFERENCIA HECHO POR EL HOMBRE NO INTENCIONADO Y EL ENJAMBRE PREVISTO

La interferencia de los sistemas inal ámbricos de los civiles es una área de preocupación principal y plantea una seria amenaza para el ciber seguridad. Debido al ancho de banda limitado, la distribuci ón de la información sobre la frecuencia simplemente no es posible. Masivo MIMO ofrece los m étodos para mejorar la robustez de comunicaciones inalámbricas con la ayuda de múltiples antenas. Proporciona un exceso de grados de libertad que pueden ser útil para cancelar las señales de los inhibidores previstos. Si lo s sistemas MIMO masivos usan la estimaci ón de canales conjuntos y decodificación en lugar de pilotos de enlace ascendente para la estimación del canal, entonces el problema de los

hola, 1, l, 1 · · · hola, K, l, 1 .

Hola, l =

hola, 1, l, N · · · hola, K, l, N Dónde Gi, l =

gi, 1, l, 1 · · · gi, K, l, 1

gi, 1, l, N · · · gi.K, l, N Di.K, l

= Gi, lD ½ Illinois (2)

(3)Di, c =

di, 1, l

(4)

Vamos a estudiar un sistema MIMO masivo de una sola célula (L = 1) con K usuarios de antena individual y una estación base con N antenas. Para facilitar, los índices de celda y de estaci ón base son sumergido cuando los sistemas de c élulas individuales se deliberan [29]. a: UPLINK

inhibidores previstos es considerablemente reducido

El vector de se ñal recibido en una estación base única

[24]. Las ventajas de los sistemas MIMO masivos pueden

para el enlace ascendente la transmisión de la se ñal se

ser revisado desde un punto de vista te órico de la

denota como yu ∈ C N * 1 , se puede decir como:

información. Los sistemas Massive MIMO pueden obtener la prometedora multiplexaci ón ganancia de

yu = √ ρuHxu + nu (5)

sistemas MIMO punto a punto masivos, mientras elimina

donde xu ∈ C K * 1 es el vector de se ñal de todos los

problemas debido a la propagación desfavorable

usuarios,

ambientes [29]. Vamos a estudiar un sistema MIMO

H ∈ C N * K es la matriz de canales de enlace ascendente

masivo que tiene c élulas L, donde cada c élula tiene K

definida en (2) por reduciendo los índices de célula y

asistió usuarios de una sola antena y una base estaci ón

estación base, nu ∈ C N * 1

Es un vector de ruido medio cero con distribuci ón

corrientes y hay asint óticamente no interferencia entre

Gaussiana compleja y matriz de covarianza de identidad,

usuarios. Entonces ahora la se ñal la transmisión puede

y ρu es la transmisión de enlace ascendente poder. El

tratarse como una transmisión de canal SISO para cada

símbolo transmitido del usuario k- ésimo, x tu k , es el k-

usuario. De (8), la relación señal / ruido (SNR) para el el

ésimo elemento de xu = [x tu

usuario K-th es N ρudk. Posteriormente, la tasa

1 , . . ., xtuK]T con [| xtuk|2] = 1. Los vectores de canales de columnas de diversos usuarios son asintóticamente ortogonal como el n úmero de antenas en la base estación, N, crece hasta el infinito suponiendo que el peque ño Los coeficientes de desvanecimiento de escala para usuarios diversos son independientes [30]. Entonces nosotros tenemos

alcanzable mediante el uso de MF es similar al l ímite en (7), lo que indica que es simple El procesamiento MF en la estación base es mejor cuando el n úmero de antenas en la estación base, N, crece hasta el infinito. b: DOWNLINK

yd ∈ C K * 1 se puede denotar como el vector de se ñal recibido en todos los usuarios de K Massive MIMO funciona correctamente en la divisi ón de tiempo modo d úplex

MAR

(TDD) como se discuti ó en [29], donde el enlace

HH=D

descendente canal es la transposici ón de la matriz de

1 / 2G

recibido se puede expresar como

H GD1 / 2 ≈ ND1 / 2

yd =√ρdHTxd + nd (9)donde xd ∈ CN * 1

IKD

es el vector de se ñal transmitido por el estaci ón base, nd

1/2 = ND (6) Un debate exhaustivo sobre este resultado se puede ver en [31]. Centrado en el resultado en (6), la tasa global alcanzable de todos los usuarios vienen a ser C = log2 det (I + ρuH S.S) ≈ log2 det (I + N ρuD) = K k = 1

canal de enlace ascendente. Entonces, el vector de se ñal

∈ C K * 1

es un ruido aditivo y ρd es el transmitir la potencia del enlace descendente. Supongamos, E [| xd |2 ] = 1 para normalizar la potencia de transmisi ón. Como se discutió en [29], la estaci ón base generalmente tiene un canal información de estado equivalente a

log2 (1 + Nρudk) bits s Hz (7)

todos los usuarios basada en el piloto de enlace

La capacidad en (7) puede lograrse en la estaci ón base

estación base haga el poder asignaci ón para maximizar la

procesamiento simple de MF. Cuando se utiliza el

tasa de transmisión de suma. La suma la capacidad del

procesamiento de MF, el la estaci ón base procesa el

sistema con asignación de potencia es [32]

vector de señal multiplicando el conjugar la transposición del canal, como

ascendente transmisi ón. Entonces, es probable que la

C = maxpaglog2det (IN + ρdHPHH)≈ maxpaglog2det (IK +

ρdNPD)bitssHz(10)

yu = H , √ ρuHxu + un ? ≈ N √ ρuDxu + H nu (8) donde (6) se usa y P es una matriz diagonal positiva con donde (6) es usado. Tenga en cuenta que los vectores de

las asignaciones de potencia (p1, ..., pk) como sus

canal son asintóticamente ortogonal cuando el número

elementos diagonales y PK k = 1 pk = 1

de antenas en la base la estaci ón crece hasta el infinito Entonces, H

Si se utiliza el precodificador MF, el vector de se ñal transmitido es xd = H * D-1 / 2P1/2S D (11)

H no sombrea el ruido. donde sd ∈ C K * 1 Como D es una matriz diagonal, el procesamiento MF divide el señales de diversos usuarios en diversas

es el vector de informaci ón fuente. Entonces, el vector

Sin embargo, hay puntos de saturaci ón donde el

de señal recibido en todos los usuarios K es yd =

hardware adicional no disminuirá la potencia total más.

√ ρdH T H * D -1 / 2P ½ sd + nd≈√ρdND1 / 2P1/2sd + nd

Con la introducción del concepto de acceso a c élulas

(12)

pequeñas punto, cumplir á con la necesidad de la red de

donde la segunda l ínea de (12) es para el caso cuando el número de antenas en la estaci ón base, N, crece hasta el infinito, y (6) es usado. Como P y D son ambas matrices diagonales, la transmisión de señal desde la estaci ón base a cada usuario puede ser tratado como si se iniciara desde una transmisi ón SISO que así inhibió la interferencia entre usuarios. El total alcanzable velocidad de datos en (12) se puede maximizar mediante la elección adecuada de la asignación de potencia como en (10), que valida que la capacidad se puede lograr utilizando el simple precodificador MF.

autoorganización (SON) tecnología para minimizar la intervención humana en el procesos de red como se indican en [36] y [37]. Mientras que un breve resumen del trabajo realizado en la tecnolog ía masiva MIMO para aumentar la eficiencia energética y optimizar el poder de la red celular inal ámbrica se muestra en la Tabla 4. B. GESTIÓN DE INTERFERENCIAS

Para una utilización eficiente de los recursos limitados, la reutilización es uno del concepto que est á siendo utilizado por muchas especificaciones de los sistemas celulares de comunicación inalámbrica. Junto con esto,

De acuerdo con la asunci ón de propagación auspiciosa

para mejorar la capacidad de tr áfico y el rendimiento del

de (6), el simple precodificador o detector MF puede

usuario

alcanzar la capacidad de un sistema MIMO masivo cuando el número de antenas en el estaci ón base, N, es mucho más grande que la cantidad de usuarios, K, y crece hasta el infinito, es decir, N? K y N

→ ∞. Otro

La hipótesis de escenario es que tanto el n úmero de antenas en la estación base y la cantidad de usuarios crece a lo grande mientras su relaci ón está limitada, es decir, N / K = c como N, K

→ where, donde c es una

TABLA 4. Efecto de la tecnolog ía MIMO masiva sobre la eficiencia energética de la red celular inal ámbrica. -------------------1 CUADRO -------------Por lo tanto, la interferencia co-canal representa una amenaza que está inhibiendo la mejora adicional de 4G celular sistemas. De ahí la necesidad de una interferencia eficiente esquemas de gesti ón es vital.

constante, son diferentes [35].

Debajo están las dos interferencias t écnicas de gestión

El principal motivo de preocupación en el celular

[38]:

inalámbrico actual la red est á en la eficiencia energ ética y la optimización de energía. Así que muchos

1) RECEPTOR AVANZADO

investigadores est án trabajando para aumentar la

El día moderno y el sistema celular en crecimiento, la

energía eficiencia y optimizando la potencia. El trabajo

interferencia crece como una gran amenaza, por lo que

hecho en la optimización de energía en [33] se ha

para mitigar o gestionar la interferencia, una t écnica de

realizado y se ha demostrado en la Fig. 4.

gestión de interferencia adecuada es la necesidad de la hora. Gestión avanzada de interferencias en el receptor,

La figura 4 muestra claramente que si aumentamos el número de antenas en la estaci ón base, así como en el acceso a la celda peque ña punto, la potencia total por

o un receptor avanzado es la t écnica que de alguna manera ayuda en la gesti ón de interferencias. Detectar á e incluso intente decodificar los s ímbolos de la señal de

subportadora disminuye a 10 veces como compare con

interferencia dentro la constelación de modulación,

el caso de ninguna antena en el punto de acceso de

esquema de codificación, canal y asignaci ón de recursos.

celda pequeña. FIGURA 4. Consumo de potencia total promedio en el escenario que contiene

puntos de acceso de c élulas pequeñas.

Luego, basado en la salida del detector, el las se ñales de interferencia se pueden reconstruir y c ancelar desde la señal recibida para mejorar la se ñal anticipada rendimiento de decodificación [38].

Los receptores avanzados no solo limitan la interferencia

espectro disponible actual para realizar el rendimiento.

entre células en los límites de las c élulas, sino también la

Para superar esta dificultad, el espectro estar á

interferencia intracelular como en el caso de masivo

disponible en sistemas de intercambio de espectro

MIMO. De acuerdo con LTE-Advanced Versi ón 10, cada

horizontales o verticales. La importancia de compartir el

transmisor de estaci ón base ha sido equipado con hasta

espectro es probable que aumento, se espera que el

ocho antenas que requerirán intracelda interferencia, a

acceso autorizado al espectro con licencia seguir siendo

medida que aumenta la cantidad de antenas. [38].

el enfoque de referencia para la banda ancha m óvil que

2) PROGRAMACIÓN CONJUNTA

proporciona confiabilidad y certeza de inversi ón para celular sistemas de banda ancha m óvil. Componentes de

En el est ándar LTE, Versiones 8 y 9, aleatorizaci ón de la

red que usan junta Es probable que el espectro juegue

interferencia a través de la codificaci ón de las señales de

un papel de equilibrio [40].

transmisión es el solo las estrategias de gesti ón de interferencia que se consideraron y no hubo interferencia avanzada en el canal estrategias de gesti ón Pero en 3GPP LTE-Advanced, Versi ón 10 y 11, a trav és de lecturas de probabilidad, fue se dio cuenta de que hab ía un espacio para un rendimiento adicional mejora en los bordes de la celda con la ayuda de sincronizaci ón transmisión entre m últiples transmisores dispersos diferentes sitios celulares [38]. Para calibrar el desarrollo, algunos t ípicos coordinados esquemas multipunto, como para coordinar la programación, formación coordinada del haz, selecci ón

Existen principalmente dos t écnicas para compartir el espectro que permiten que los sistemas de banda ancha móvil compartan espectro y se clasifican como soluciones distribuidas y soluciones centralizadas [40]. En una solución distribuida, sistemas coordinados entre sí en igualdad de condiciones, mientras en una soluci ón centralizada, cada sistema coordina discretamente con una unidad central y los sistemas no interact úan directamente juntos. 1) TÉCNICAS DISTRIBUIDAS DE COMPARTICI ÓN DE ESPECTRO

dinámica del punto y articulación transmisión,

Las técnicas distribuidas de intercambio de espectros

normalmente se confirieron [38].

son más eficientes puede tener lugar en un marco local.

En el artículo [38], la programación conjunta se usa ampliamente para referirse gesti ón avanzada de la interferencia de los sistemas celulares y var iación de enlace desde el lado de la red. Pero como en coordinación esquemas multipunto, las velocidades de transmisión y los esquemas de las celdas m últiples no se determinan de forma aut ónoma. En el caso de r ápida distribución de red e interoperabilidad, avanzada esquemas de gesti ón de interferencias mediante programación conjunta desde el lado de la red necesita ser declarado en detalle en los sistemas 5G, sin separarlo por completo como un problema de empleo. Por atrayendo la máxima coordinación, el equipo de usuario

Su principio es solo administrar esas transmisiones que realmente crean interferencia en medio de los sistemas. La coordinación distribuida puede ser completamente incluido en las normas y por lo tanto, pueden funcionar sin la necesidad de contratos comerciales entre operadores [40]. La gesti ón del intercambio horizontal de espectro sucede a través del claro intercambio de mensajes inquebrantablemente entre los sistemas de intercambio a través de una interfaz distinta en un protocolo de coexistencia de igual a igual. Este protocolo describe el rendimiento de los nodos en la recepci ón de ciertos mensajes o teniendo lugar de ciertos eventos. Un ejemplo de esto se explica en [41].

y lado de la red, la gesti ón de interferencia avanzada

2) TÉCNICAS CENTRALIZADAS DE COMPARTICI ÓN DE

debe ser deliberado instant áneamente [38].

ESPECTRO

C. COMPARTIR ESPECTRO

La técnica de intercambio de espectro centralizado es

Para comprender los objetivos de rendimiento de futuros dispositivos móviles sistemas de banda ancha [22], [39], existe una necesidad de m ás espectro y anchos de banda más amplios en comparación con el

útil para sistemas que tienen granularidad de uso compartido de espectro en un nivel superior nivel que la granularidad real de asignación de recursos de radio. Esta técnica tiene algunas restricciones, ya que es

conservadora y posiblemente usuarios separados en

mejorar dinámicamente el uso del espectro es una tarea

recursos ortogonales sin completar información sobre si

compleja. Es un área de preocupación que los

realmente interferirían o no. Si bien los beneficios son

investigadores académicos y el la industria en esta área

en términos de fiabilidad, certeza y controlar.

ha llegado a un punto de rendimientos decrecientes.

El método de la base de datos de geolocalizaci ón es un

Su futuro ahora depender á de la investigaci ón multi

ejemplo de técnica de intercambio centralizado que

institucional equipos que est án trabajando en un nuevo

implica la consulta de una base de datos para obtener

enfoque con el mundo real despliegues experimentales

información sobre los recursos disponibles en un lugar

de redes de radio cognitivas [46].

particular [43]. Este es el cl ásico requerido soluci ón de intercambio vertical para acceder a los locales no utilizados Bandas de TV [44]. El enfoque del agente del

D. DISPOSITIVO PARA DISPOSITIVO DE COMUNICACI ÓN DEL DISPOSITIVO

espectro es uno de los ejemplos de t écnica de

El sistema de comunicación de dispositivo a dispositivo

intercambio centralizado en la que se comparte de

se puede explicar al visualizar una red celular 5G de dos

forma horizontal los sistemas negocian con una unidad

niveles y nombrada ellos como nivel de macroc élula y

central de gestión de recursos para obtener

nivel de dispositivo. El nivel de macroc élula comprende

subvenciones a corto plazo para utilizar los recursos del

las comunicaciones entre la estaci ón base y el dispositivo

espectro en un base limitada [45]. Tanto la base de

como en un sistema celular ortodoxo. El nivel del

datos de geolocalización como el espectro el enfoque del corredor también puede apoyar el intercambio

dispositivo se compone de comunicaciones de dispositivo a dispositivo. Si un dispositivo vincula el

horizontal entre sistemas sin licencia [40]. Sin embargo,

celular red a trav és de una estaci ón base, entonces

 junto con los dos compartimientos de espectro

estará operando en el nivel de macroc élula y si un

anteriores técnicas bandas de espectro m ás f ácilmente utilizables también han sido asignado, pero varios estudios han revelado que estas bandas est án

dispositivo se vincula directamente a otro dispositivo o aprehende su transmisi ón a través del soporte de otros dispositivos, entonces estar á en el nivel del dispositivo.

significativamente subutilizados. Estas preocupaciones

En estos tipos de sistemas, las estaciones base

han impulsado los investigadores para innovar una

persistirán para atender los dispositivos como siempre.

nueva tecnología de radio que se encontrar á con las próximas demandas tanto en t érminos de la eficiencia

Pero en las áreas congestionadas y en los bordes de la celda, se crea una red de malla ad hoc y se permitir án

del espectro y el rendimiento de ciertas aplicaciones.

dispositivos para comunicarse entre ellos [47].

Para enfrentar la demanda del futuro, una interrupci ón

En la perspectiva de las comunicaciones a nivel de

revolución tecnológica que potenciará el futuro inalámbrico el mundo es la Radio Cognitiva. Las radios cognitivas están completamente dispositivos inalámbricos programables y tiene una amplia adaptación propiedad para lograr una mejor red y aplicación actuación. Puede sentir el ambiente y dinámicamente realiza adaptación en los protocolos de

dispositivo, la base la estaci ón tiene control total o parcial sobre el recurso asignaci ón entre dispositivos de origen, destino y retransmisi ón, o no tiene ning ún control. Por lo tanto, podemos describir el subsiguientes cuatro tipos principales de comunicaciones a nivel de dispositivo (Figuras 5-8) [47]:

red, espectro m étodos de utilización, métodos de acceso

FIGURA 5. Comunicaci ón de retransmisi ón del

a los canales y transmisi ón forma de onda utilizada. Se

dispositivo con estación base controlada formación de

espera que la tecnología de radio cognitiva pronto

enlaces.

surgirá como un programable de prop ósito general radio. Similar al papel de los microprocesadores en el cálculo, la radio cognitiva también servirá como una plataforma universal para expansi ón de sistema inalámbrico. Pero la tarea de construir con éxito y despliegue a gran escala de redes de radio cognitivas

1) REPARACIÓN DE DISPOSITIVOS CON LA ESTACI ÓN BASE FORMACIÓN DEL ENLACE CONTROLADO

Este tipo de comunicación es aplicable para un dispositivo que está en el borde de una celda, es decir, en el área de cobertura que 1218 VOLUMEN 3, 2015

A. Gupta, R. K. Jha: Encuesta de la red 5G: arquitectura y

recurso debería ser utilizado por los dispositivos de

tecnologías emergentes

origen y destino de una manera para certificar la

FIGURA 6. Comunicaci ón directa del dispositivo al dispositivo con la estaci ón base formación de enlace controlado. FIGURA 7. Comunicaci ón de retransmisión del

interferencia limitada con otros dispositivos en el mismo nivel y el nivel de macroc élula. Para un avance sustancial en exceso de los tradicionales arquitectura del sistema celular, un sistema celular dualista debería ser diseñado. Para introducir el

dispositivo con enlace controlado por dispositivo

concepto de dispositivo a dispositivo comunicaci ón,

formación. tiene poca fuerza de se ñal. En este tipo de

algunos problemas técnicos deben abordarse como

comunicación, el los dispositivos se comunicar án con la estación base mediante retransmisi ón su información a través de otros dispositivos. Este tipo de comunicaci ón será útil para el dispositivo para lograr una mayor calidad de servicio y respectiva mayor duraci ón de la batería Para enlace de control parcial o completo formaci ón, la estación base se comunica con la retransmisión dispositivos.

cuestiones de seguridad y gesti ón de interferencias [47]. Al igual que en la comunicaci ón de dispositivo a dispositivo, el enrutamiento del usuario los datos son a través de los dispositivos de los otros usuarios, por lo que el principal área de preocupación es acerca de la seguridad porque la necesidad de privacidad para mantenerse. El acceso cerrado garantizar á su seguridad para los dispositivos que quieren o perar en el nivel del

FIGURA 8. Comunicaci ón directa del dispositivo al

dispositivo.

dispositivo con dispositivo controlado

FIGURA 9. Una sola celda con múltiples nodos de

formación de enlaces.

relevo.

2) DISPOSITIVO DIRECTO A LA COMUNICACI ÓN DEL

a: MODELO DE RED

DISPOSITIVO CON ESTACI ÓN BASE CONTROLADA FORMACIÓN DE ENLACE

Consideremos una red celular habilitada para dispositivo a dispositivo con múltiples relés como se muestra en la

En este tipo de comunicaci ón, la fuente y el destino

Fig. 9. Un nodo de retransmisi ón en 1220 VOLUMEN 3,

dispositivos están intercambiando datos entre sí sin el

2015 A. Gupta, R. K. Jha: Encuesta de la red 5G:

participación de una estación base, pero est án

arquitectura y tecnologías emergentes 4G (LTE-

respaldados por estaci ón base para la formaci ón de

Advanced) está conectado entre el acceso de radio red y

enlaces.

tanto celular como dispositivos para el usuario del

3) REPARACIÓN DE DISPOSITIVOS CON DISPOSITIVO

una conexión inalámbrica.

FORMACIÓN DEL ENLACE CONTROLADO

dispositivo equipos a trav és de un eNodeB donante con

Deje L = {1, 2,. . . , L} representa el conjunto de ubicaci ón

En este tipo de comunicaci ón, una estación base no es ni

fija relés [57] en la red. El ancho de banda del sistema

involucrado en la formación de enlaces ni para fines de

está dividido en N bloques de recursos denotados por N

comunicación. Entonces, los dispositivos de origen y

= {1, 2,. . . .,NORTE}. Rel é nodo se puede utilizar para la

destino son totalmente responsables de sincronizar la

programación y asignación de recursos para el

comunicación usando relevadores entre ellos.

dispositivo al equipo del usuario del dispositivo, cuando

4) DISPOSITIVO DIRECTO A LA COMUNICACI ÓN DEL DISPOSITIVO CON LA CONFIGURACIÓN DEL ENLACE CONTROLADO POR EL DISPOSITIVO

En este tipo de comunicaci ón, la fuente y el destino

la condición del enlace entre dos dispositivos para el equipo del usuario del dispositivo es demasiado pobre para la comunicación directa. Además, la comunicación directa entre dos dispositivos para el equipo del usuario del dispositivo también requiere la ayuda de un nodo de

dispositivos tienen comunicaci ón directa entre sí y el la

retransmisión. Tanto celular como dispositivo a los

formación del enlace está controlada por los dispositivos

equipos de usuario del dispositivo asistidos por el

sin ningún asistencia de la estaci ón base. Por lo tanto, el

relevador `se denotan por u`.

El conjunto de equipos de usuario asistidos por rel é `es

yo, j se puede denotar como la ganancia de enlace

U`su tal que

directo entre el nodo i y j sobre el bloque de recursos n.

U`⊆ {C ∪ D}, ∀`∈ L, S `U` = {C ∪ D}, y T `U` = ∅. En el segundo paso de la comunicaci ón, podría haber múltiples relés que se comunican con su dispositivo relacionado al dispositivo equipo de usuario De acuerdo con nuestro supuesto modelo de sistema,

La ganancia del enlace de interferencia entre el rel é (equipo de usuario) i y un equipo de usuario (rel é) j sobre el bloque de recursos n se denota por g (norte) i, j donde el equipo de usuario (rel é) j no está asociado con el relé (equipo de usuario) i. La potencia de la unidad SINR para el enlace entre el equipo de usuario ul ∈ Ul y

Los relés son útiles para la programación y asignación de

relé l usando el bloque de recursos n en el primer salto

recursos para los equipos del usuario para reducir la

es dada por

carga computacional en el eNodeB [58]. b: MODELO DE PROPAGACIÓN DE RADIO

γ (norte) ul, l, 1 = mari(norte) ul, l P AG ∀uj∈Uj, j6 = l, j ∈L P (norte) uj, j gramo (norte) uj, l + σ  2 (15)

Para realizar y exhibir el canal de propagaci ón, la pérdida

La potencia de la unidad SINR para el enlace entre el rel é

de trayectoria dependiente de la distancia y el

l y eNodeB para el equipo de usuario celular ul (es decir,

desvanecimiento de la sombra se consideran y asumi ó

ul ∈ {C ∩ Ul) en el segundo salto es el siguiente:

que el canal est á experimentando Rayleigh desvanecimiento. En particular, se present ó el entorno de propagación 3GPP en [60] es considerado. Por ejemplo, enlace entre el usuario equipo y rel é o entre relés y dispositivo a dispositivo sigue la siguiente

Γ (norte) l, ul , 2 = marido (norte) l, eNodeBPAG ∀uj∈ D∩Uj}, j6 = l, j ∈L P(norte)j, ujgramo(norte)j, eNodeB + σ 2 (dieciséis)

ecuación de pérdida de ruta PLul, l (l)

De la misma manera, la unidad de potencia SINR para el

[dB] = 103.8 + 20.9 log (l) + Lsu + 10 log ( ζ) (13)

usuario para el de dispositivo a dispositivo U del equipo

Donde l es la distancia entre el equipo del usuario y el relé en kil ómetro, Lsu se interpreta como un desvanecimiento de sombra y es demostrado como una variable aleatoria normal de registro, y ζ es un variable

enlace entre relé l y dispositivo receptor a dispositivo de de usuario (es decir, ul ∈ {D ∩ Ul ) en el segundo salto se puede escribir como

Γ (norte) l, ul , 2 = ido (norte) l, ul P

∀u∈Uj, j6 = l, j ∈L P

aleatoria distribuida exponencialmente que denota el

(norte) j, uj gramo (norte) jul + σ 2 (17)

rayleigh se desvanece ganancia de potencia del canal. De

En (15) - (17), P (norte) yo, j es la potencia de

la misma manera, el camino ecuaci ón de pérdida para el enlace de retransmisi ón y eNodeB se expresa como PLl.eNodeB (l) [dB] = 100.7 + 23.5 log (l) + Lsr + 10 log ( ζ) (14) Donde Lsr es una variable aleatoria normal de registro que representa sombra que se desvanece. Por lo tanto,

transmisión en el enlace entre i y j sobre el bloque de recursos n, σ2 = N0BRB, donde BRB es ancho de banda de un bloque de recursos, y N0 denota ruido t érmico. rido (norte) l, eNodeB es la ganancia en el enlace de retransmisi ón y eNodeB yh (norte)

dada la distancia l, la ganancia de enlace entre cualquier

l, ul es la ganancia en el enlace entre el rel é l y el

par de nodos de red i, j se puede calcular como 10- (PLi, j

dispositivo receptor a equipo de usuario del dispositivo

(l) / 10)

correspondiente al dispositivo al dispositivo equipo de

. c: TASA DE DATOS REALIZABLE

(norte)

usuario del transmisor's ul. La tasa de datos alcanzables para ul en el primer salto puede ser expresado como r (norte) ul, 1 = BRB log2 (1 + P (norte) ul, l γ (norte) ul, l, 1 )

De la misma manera, la tasa de datos alcanzables en el

Entonces, definición de estándares y utilización del

segundo salto es dado por

espectro a los cuales estación base o los usuarios ser án

R (norte) ul, 2 = BRB log2 (1 + P (norte) l, ul γ (norte) l, ul, 2) Ya que estamos considerando una comunicaci ón de dos saltos enfoque, la tasa de datos de extremo a extremo para ul en el bloque de recursos n es la mitad de la velocidad de datos mínima alcanzable en dos saltos, es decir, R (norte) ul = 1 2 min {r (norte) ul, 1 , r (norte) ul, 2 (18) El problema actual en la comunicaci ón de dispositivo a dispositivo se trata de la asignaci ón de recursos. As í que muchos investigadores están trabajando para proponer una asignación de recursos óptima algoritmo. La Tabla 5 proporcionará un breve resumen sobre la algoritmos propuestos E. REDES ULTRA DENSE

un trabajo realmente complicado para el red [68]. La definición de la asociación de usuarios óptima es la principal área de preocupaci ón que depende de la se ñal a la interferencia y la relaci ón de ruido de cada usuario individual a cada uno estaci ón base, las selecciones de otros usuarios en la red, la carga en cada estaci ón base y el requisito previo para aplicar la misma estaci ón base y estándar en ambos enlaces ascendentes y enlace descendente para simplificar el funcionamiento del control canales para la asignaci ón de recursos y la retroalimentación [69], [70]. Entonces, ciertos procedimientos deben ser implementados para superar estos asuntos. Para aumentar las tasas de borde hasta en un 500%, un simple, aparentemente altamente sub óptimo método de asociación centrado en un sesgo agresivo pero est ático hacia las células pequeñas y borrar aproximadamente la

Para cumplir con las crecientes demandas de tr áfico

mitad de las transmisiones de macroc élulas ha sido

debido al aumento n úmero de usuarios, la densificaci ón

mostrado en [71]. El problema combinado de la

de la infraestructura ser á el aspecto anterior de las

asociación de usuarios y asignación de recursos en redes

comunicaciones 5G. Pero para lograr redes

heterogéneas de dos niveles, con ajuste adaptativo de la

heterogéneas y ultradensas jugar án un papel importante

polarización y el borrado en cada celda, es considerado

papel. Con la introducción de redes m óviles y ad-hoc

en [69], [70] y [72] - [77]. Un modelo de punto de acceso

redes sociales, las redes heterog éneas se est án

el tráfico muestra que la asociaci ón celular óptima se

convirtiendo más dinámico. Aunque heterogéneo, denso

realiza por tasa relaci ón de sesgo, en lugar de sesgo de

y dinámico

nivel de potencia [73] - [75]. Un activo modelo de

TABLA 5. Resumen de los algoritmos propuestos para la asignaci ón óptima de recursos en la comunicaci ón de dispositivo a dispositivo F. ASOCIACIÓN DE TECNOLOGÍA DE ACCESO MULTI

extensión de rango de celda como se muestra en [79], el tráfico llega como un proceso de Poisson en el tiempo y en la posible llegada tasas, para las cuales subsiste una política de programación de estabilizaci ón. Con MIMO masivo en las estaciones base, asociaci ón de usuarios y

RADIO

equilibrio de carga en redes heterog éneas, se considera

Mientras nos dirigimos hacia 5G, las redes se est án

usa en [80] para el problema de la selecci ón de

convirtiendo más heterogéneo El aspecto principal que

tecnología de acceso de radio, en la que uni ón a los

ha atraído a muchos, es la integraci ón entre diferentes

equilibrios de Nash y la eficiencia de Pareto de estos los

tecnologías de acceso de radio. Se debe fabricar un

equilibrios se deliberan [67]. En conclusi ón, hay un

dispositivo distintivo 5G con ayuda Las radios no solo

amplio margen para modelar, explorar y optimizar las

son compatibles con un nuevo estándar 5G como el

asociaciones de estación base-usuario en 5G [81].

en [79]. Un emocionante enfoque te órico de juegos se

milímetro frecuencias de onda, pero tambi én 3G, varias versiones de 4G LTE, numerosos tipos de W iFi, y

G. RADIOS DUPLEX COMPLETO

posiblemente dispositivo directo a dispositivo

Para una larga duración del período de comunicación, se

comunicación, a través de las diferentes bandas espectrales [67].

asume en el dise ño del sistema inalámbrico que las radios deben operar a la mitad modo d úplex Significa

que no transmitirá ni recibirá simultáneamente en el

tecnologías y arquitecturas para satisfacer las crecientes

mismo canal. Muchos académicos, académicos e

demandas de los usuarios.

investigadores de diferentes universidades e investigaciones grupos han tratado de socavar esta suposición proponiendo muchos dise ños para construir radios full-duplex en banda. Pero la realización de construir una radio d úplex completa tiene una gran cantidad de trascendencia. Las redes celulares tendr án que reducir su el espectro

TABLA 6. Configuraci ón de la matriz de antena de 28 GHz para móvil celular 5G terminales y su comparaci ón con el estándar 4G. 1) PÉRDIDA DE TRAYECTORIA

La pérdida de la ruta de espacio libre depende de la frecuencia de la portadora, como el tama ño de las

demanda a la mitad ya que solo se usa un solo canal

antenas se mantiene constante, que se mide por la

para lograr el mismo rendimiento. Como en LTE, para

longitud de onda λ = c / fc, donde fc es la frecuencia

ambos enlace ascendente y enlace descendente, usa

portadora. Ahora a medida que aumenta la frecuencia

canales separados de igual ancho para habilitar radios

de la portadora, el tama ño de las antenas se redujo y su

para realizar dúplex completo. Para comunicarse en modo d úplex completo, la autointerferencia resultados de su propia transmisi ón a la recibida la se ñal tiene que ser eliminada por completo. Consideremos el caso de se ñales WiFi que transmiten a

apertura efectiva aumenta con el factor de λ24π, mientras que la pérdida de ruta de espacio libre entre transmisor y una antena receptora crece con f 2 do . Entonces, si nosotros aumentar la frecuencia portadora fc de 3 a 30 GHz, lo har á En consecuencia, agregue 20 dB

20dBm (100mW) potencia promedio con el piso de ruido

de pérdida de potencia, independientemente de la

de alrededor de -90dBm. Por lo tanto, la

distancia transmisor-receptor. Pero para aumentar la

autointerferencia de transmisi ón debe ser cancelada por

frecuencia, si la apertura de la antena en un extremo del

110dB (20dBm - (- 90dBm)) para alcanzar el nivel similar

enlace se mantiene constante, entonces la p érdida de la

a partir de el piso de ruido y reducirlo a insignificante. Si

ruta en el espacio libre permanece sin cambios.

hay algún residuo la autointerferencia no está completamente cancelada, entonces actuar á como ruido a la señal recibida, que a su vez reduce la SNR y,

Adicionalmente, si las aberturas de la antena tanto del transmisor como del receptor se mantienen constantes, entonces la pérdida de la ruta de espacio libre disminuye

posteriormente, rendimiento [82]. H. UNA SOLUCIÓN DE ONDA MILÍMETRO

con f 2 do [67]. 2) BLOQUEO

PARA LA RED CELULAR 5G

La industria inalámbrica ha estado creciendo día a día y en a pesar de los esfuerzos de los investigadores industriales para crear las tecnologías inalámbricas competentes, la industria inal ámbrica continuamente frente a las demandas de capacidad abrumadora de sus tecnologías actuales. Innovaciones recientes en informática y comunicaciones y la llegada de tel éfonos

Las señales de microondas son menos propensas a bloqueos, pero se deteriora debido a la difracci ón Por el contrario, onda milimétrica las señales sufren menos difracción que las se ñales de microondas y exhibir propagación especular, lo que los hace mucho m ás vulnerable a bloqueos. Esto caer á como casi bimodal canal sujeto a la existencia o falta de Line of Sight. Estudios recientes en [84] y [91] revelan que, con el

inteligentes junto con la necesidad de acceder a internet

aumento en la distancia del transmisor y el receptor, la

plantea nuevas ansiedades en el frente de la industria

pérdida de ruta aumenta a 20 dB / d écada en la l ínea de

inalámbrica. Estas demandas y ansiedades crecer en los próximos años para 4G LTE e indica que en alg ún momento alrededor de 2020, surgir á un problema de congestión en redes inalámbricas. Será imprescindible para la investigación industria para implementar nuevas

propagación de la vista, pero los descensos a 40 dB / década más una pérdida de bloqueo adicional de 15-40 dB para no-línea de visi ón [67]. Entonces, debido a la presencia de bloqueos, la conexi ón establecida rápidamente cambie de usable a inutilizable, lo que dará como resultado

impedimentos a gran escala que no pueden evitarse co n

En los últimos años, la computación en la nube m óvil se

los típicos contramedidas de diversidad a peque ña

ha ganado un mucha admiraci ón ya que es una coalici ón

escala.

de muchos informática campos. Ofrece computación,

3) ABSORCIÓN ATMOSFÉRICA Y DE LLUVIA

Dentro de la banda de 60 GHz sin licencia, la absorci ón debida a la lluvia y el aire particularmente la absorci ón de oxígeno de 15 dB / km son m ás perceptible Pero estas absorciones son insignificantes para las implementaciones celulares urbanas, donde el espaciamiento de la estaci ón base podría ser del orden de 200 m. Pero en realidad, este tipo de absorciones son

útiles, ya que aumentar á de manera eficiente el

almacenamiento, servicios y aplicaciones a trav és de Internet. Tambi én reduce los costos, desconecta los servicios de la tecnología existente, y ofrece flexibilidad en términos de aprovisionamiento de recursos. Entonces, la computación en la nube móvil puede ser definido como una incorporación de tecnología de computación en la nube con dispositivos m óviles. Esta integración hará que el recurso de dispositivos móviles completo en términos de potencia computacional, memoria, almacenamiento, energ ía y conciencia del

segregación de cada célula atenuando a ún más el fondo

contexto [92]. Móvil la computación en la nube también

interferencia de estaciones base m ás distantes [67].

se puede explicar con diferentes conceptos de la nube

a: ADQUISICIÓN DE ENLACE

móvil [93]. En el primer m étodo, consideremos que el otro m óvil los

El principal problema al que se enfrentan los haces

dispositivos también actuarán como proveedores de

estrechos es establecer enlaces entre usuarios y

recursos como en [95].

estaciones base para ambos inicial acceso y transferencia El usuario y las estaciones base tendr án para localizarnos escaneando muchas posiciones angulares donde la posibilidad de un rayo estrecho es

Entonces, los recursos combinados de los numerosos dispositivos móviles y otros dispositivos estacionarios disponibles en el área local ser explotado como se

alta. Este problema plantea un importante desaf ío de

muestra en la Fig. 10. Este m étodo es compatible

investigación predominante en el perspectiva de alta

movilidad del usuario e identifica el potencial de las

movilidad [67].

nubes móviles para realizar detección colectiva.

b: NECESIDAD DE NUEVAS ARQUITECTURAS DE

El concepto de cloudlet propuesto en [96] es el segundo

TRANSCEPTORES

método de computación en la nube móvil. Este método se explica

Los sistemas inal ámbricos de ondas milim étricas han pasado mejora significativa, pero todavía hay algo de hardware problemas que afectar án el diseño de la comunicación sistemas. Los convertidores anal ógico a digital y digital a analógico necesarios para grandes anchos de banda son la principal causa de el consumo de energía. Una razón principal del consumo de energ ía es debido al uso de grandes arreglos de antenas. Junto con estos, se necesitan sensibilidades de receptor alto para hacer frente a la p érdida de ruta porque no es factible que se provea cada antena con formadores de haz totalmente digitales [67]. I. TECNOLOG ÍAS DE LA NUBE PARA FLEXIBLE REDES DE ACCESO A RADIO 5G 1) COMPUTACIÓN EN LA NUBE MÓVIL

FIGURA 10. Nube de recursos virtuales formada por dispositivos móviles en el vecindad. FIGURA 11. Un cloudlet que permite a los dispositivos móviles eludir la latencia y problemas de ancho de banda mientras se beneficia de sus recursos. FIGURA 12. Divisi ón funcional flexible [103].