Reconfigurable intelligent surfaces driven B5G networks: an analytical performance perspective

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dc.contributor.advisorAbrão, Taufik
dc.contributor.authorSouza Junior, Wilson de
dc.contributor.bancaAmiri, Abolfazl
dc.contributor.bancaJacob, Jaime Laelson
dc.coverage.extent103 p.
dc.coverage.spatialLondrina
dc.date.accessioned2024-10-11T13:42:28Z
dc.date.available2024-10-11T13:42:28Z
dc.date.issued2023-07-30
dc.description.abstractComunicação Massiva do Tipo Máquina (mMTC), Banda Larga Móvel Aprimorada (eMBB) e Comunicação de Baixa Latência e Ultra Confiabilidade (URLLC) desempenharão uma função muito importante nas redes de comunicação atuais Além da Quinta Geração (B5G) do que nas redes de comunicação de Quinta Geração (5G), cujo objetivo é operar em cenários futuros como casas inteligentes, fábricas inteligentes, transporte e dirigibilidade inteligentes, bem como dar suporte à comunicação ubíqua em todos outros ambientes práticos previstos para estarem inclusos, na então denominada, Indústria 4.0. Evidentemente, a demanda por taxas de dados nestes cenários serão fortemente aumentadas devido aos inúmeros serviços a serem ofertados. Ademais, o número de dispositivos conectados tem crescido exponencialmente, uma vez que a Internet das Coisas (IoT) será essencial para se atingir o futuro projetado. Para atender todos estes cenários com serviços de alta qualidade, novas tecnologias serão necessárias, uma vez que as tecnologias existentes não serão eficientes em atender simultaneamente todas as demandas dessas redes de comunicação. Além disso, uma vez que os recursos de rádios são escassos, é desafiador desenvolver novos métodos para fornecer qualidade de serviço aceitável aos usuários enquanto simultaneamente deve-se atender aos requisitos necessários para uma comunicação sustentável. Considerando os desafios mencionados anteriormente, nesta Qualificação de Mestrado nós discutimos o impacto de se aplicar uma nova tecnologia promissora em sistemas de comunicação denominada Superfície Inteligente Reconfigurável (RIS) através da sua forma convencional, bem como sua derivação avançada denominada RIS de Transmissão e Reflexão Simultânea (STAR-RIS), tendo em vista obter uma compreensão abrangente de como a RIS pode impactar métricas de desempenho importantes, nas atuais redes de comunicação, como confiabilidade, taxa de dados e eficiência energética. Associada à tecnologia habilitadora RIS, também integramos ao esquema de transmissão as estruturas de Múltiplas-Entradas Múltiplas-Saidas massiva (mMIMO) e o esquema de Múltiplo Acesso não-Ortogonal (NOMA) com intuito de caracterizar o potencial operacional destas tecnologias em conjunto com a RIS. Além disso, neste trabalho, nós focamos na comunicação sustentável através dos estudos em comunicação cooperativa com ajuda de Transmissão Simultânea de Energia e Informação (SWIPT), bem como desenvolvemos uma análise sobre seleção do número de antenas na estacão rádio-base e seleção do número de elementos da RIS visando incrementar a Eficiência Energética (EE) e Eficiência Espectral (SE) enquanto mantém altos índices de confiabilidade de comunicação. Por fim, neste trabalho, predominantemente, utilizamos uma extensa abordagem analítica para a descrição de cada problema e respectiva solução proposta buscando entender sistematicamente o impacto de cada parâmetro no desempenho do sistema como um todo, incluindo probabilidade de outage, EE, SE, confiabilidade, bem como reduzir a complexidade dos sistemas de transmissão, propondo algoritmos quase-ótimos eficientes, tendo em vista adequar suas operações aos problemas práticos no mundo real.
dc.description.abstractother1Massive Machine-Type Communications (mMTC), Enhanced Mobile Broadband (eMBB), and Ultra-Reliable Low Latency Communications (URLLC) use modes will play a more crucial key role in the Beyond Fifth Generation (B5G) communication systems than in the 5G communication systems, whose aim is to operate ubiquitously in the future scenarios such as smart homes, smart factories, transport and intelligent drivability, as well as other practical setups predictable to be included in the Industry 4.0. The demand for rates in these scenarios will powerfully increase due to the countless services offered. In addition, the number of connected devices has exponentially increased once the Internet of Things (IoT) became paramount for materializing the future. New technologies are required to provide improved services in these scenarios since the existing technologies will only be efficient in fulfilling some expected demands in these communications networks. Furthermore, since the radio resources are limited, developing new methods and technologies to provide Quality of Service (QoS) to the users while simultaneously regarding sustainable communications is challenging. Considering the aforementioned challenges, in this Master’ Dissertation, we study the impact of deploying new promising technology in communication systems, named Reconfigurable Intelligent Surfaces (RIS), in their most diverse kinds, including the conventional RIS, the enhanced version, known as simultaneous transmitting and reflecting RIS (STAR-RIS), aiming to obtain a comprehensive understanding on how the RIS-based systems can impact key performance metrics, such as reliability, Spectral Efficiency (SE), and Energy Efficiency (EE). Associated with such enabler technology RIS, we also integrate the massive Multiple Input Multiple Outputs (mMIMO) and Non-Orthogonal Multiple Access (NOMA) technologies into the transmission scheme, aiming to understand and analyze their potential when operated jointly. Furthermore, in this work, we praising for sustainable communications by carrying out a study on cooperative communications with the aid of Simultaneous Wireless Information and Power Transfer (SWIPT) technology, as well as develop an analysis of the antenna number selection and RIS elements selection methodologies aiming to increase the EE, intending to improve the energy efficiency while holding the communication reliability. Finally, in this Master’ Dissertation, we also predominantly utilized analytical methodologies to describe and assess each problem and its respective proposed solution to understand systematically the impact of each system parameter on the system performance, including the outage probability, EE, and SE, as well as to reduce the complexity of the proposed transmitting schemes, proposing quasi-optimal algorithm, aiming to adequate such schemes for real-world operations.
dc.identifier.urihttps://repositorio.uel.br/handle/123456789/18018
dc.language.isoeng
dc.relation.departamentCTU - Departamento de Engenharia Elétrica
dc.relation.institutionnameUniversidade Estadual de Londrina - UEL
dc.relation.ppgnamePrograma de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica
dc.subjectComunicação massiva do tipo máquina (mMTC)
dc.subjectComunicação de baixa latência e ultra-conĄabilidade (URLLC)
dc.subjectInternet das coisas (IoT)
dc.subjectSuperfície inteligente reconĄgurável (RIS)
dc.subjectMúltiplas-entradas múltiplas-saidas massiva (mMIMO)
dc.subjectMúltiplo acesso não-ortogonal (NOMA)
dc.subjectTransmissão simultânea de energia e informação (SWIPT)
dc.subject.capesEngenharias - Engenharia Elétrica
dc.subject.cnpqEngenharias - Engenharia Elétrica
dc.subject.keywordsMassive machine-type communications (mMTC)
dc.subject.keywordsUltra-reliable low latency communications (URLLC)
dc.subject.keywordsInternet of things (IoT)
dc.subject.keywordsReconĄgurable intelligent surfaces (RIS)
dc.subject.keywordsMassive multiple inputs multiple outputs (mMIMO),
dc.subject.keywordsNon-orthogonal multiple access (NOMA)
dc.subject.keywordsSimultaneous wireless information and power transfer (SWIPT)
dc.titleReconfigurable intelligent surfaces driven B5G networks: an analytical performance perspective
dc.title.alternativeSuperfícies inteligentes reconfiguráveis aplicadas às redes além do 5G: uma perspectiva analítica de desempenho
dc.typeDissertação
dcterms.educationLevelMestrado Acadêmico
dcterms.provenanceCentro de Tecnologia e Urbanismo

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