Toward Green and Resilient Cell-Free Massive MIMO Networks: Radio Deployment Optimization and Resource Orchestration
Tid: To 2026-09-03 kl 13.30
Plats: Kollegiesalen, Brinellvägen 8, Stockholm
Videolänk: https://kth-se.zoom.us/s/66064285928
Språk: Engelska
Ämnesområde: Informations- och kommunikationsteknik
Respondent: Ozan Alp Topal , Kommunikationssystem
Opponent: Professor Liesbet Van der Perre,
Handledare: Professor Cicek Cavdar, Kommunikationssystem; Professor Emil Björnson, Kommunikationssystem
QC 20260813
Abstract
Mobilnät utvecklas till kritisk samhällsinfrastruktur, samtidigt som energiavtrycket, utbyggnadskostnaden och resiliensen hos radioaccessnätet (RAN) framträder som de mest angelägna designbegränsningarna på vägen mot framtida generationer av mobilnät. Modulär nätverksdesign i kombination med intelligent resursorkestrering utgör lösningen på dessa framväxande utmaningar.
Cellfri massiv MIMO (multiple-input multiple-output) bygger på koherent gemensam sändning från tätt distribuerade lågkostnadsradioenheter (RU:er) och erbjuder rättvisa mellan användarutrustningar (UE:er). Dess distribuerade natur ger den modularitet som krävs för radioaccessdelen, men effektiva ramverk för utbyggnad och nätverksorkestrering är nödvändiga för att dra nytta av denna modularitet. För att adressera denna lucka utvecklar denna avhandling ramverk för utbyggnad och resursorkestrering för cellfria massiva MIMO-nät. Arbetet är strukturerat längs tre forskningsinriktningar.
Den första inriktningen behandlar effektiv radioutbyggnad för cellfria massiva MIMO-nät. Strålföljningsbaserad (ray tracing) propagationsmodellering vid 28, 39 och 60 GHz millimetervågskanalen under olika geometrier, rammaterial och passagerarkonfigurationer. Med utgångspunkt i denna kanalmodell formuleras ett gemensamt ramverk för RU-placering och resursallokering som ett blandat heltalsoptimeringsproblem, vilket minimerar antalet utplacerade RU:er samtidigt som UE:ernas datahastighetskrav garanteras under samverkans- och förkodningsscheman för access-punkter. Numeriska resultat för ett flygplanskabinsscenario visar en minskning på 80% av antalet RU:er jämfört med en referenslösning baserad på fri sikt.
Den andra inriktningen utvecklar en end-to-end-modell för effektförbrukning samt gemensam orkestrering av radio-, fronthaul- och molnbearbetningsresurser för cell-fri massiv MIMO utbyggd över en Open RAN-arkitektur med både optisk och trådlös fronthaul. Scenariosamplingsbaserad grupp-Lasso-optimering för centraliserad förkodning och en blockkoordinatnedstigningsmetod för distribuerad förkodning minimerar gemensamt det aktiva antalet antenner, radioenheter, processorer och fronthaul-resurser. Den föreslagna orkestreringen uppnår upp till 70% end-to-end-effektbesparingar jämfört med enbart molnorkestrering, och 15% jämfört med enbart radioorkestrering. Resultaten visar att en fördelning av antenner över täckningsområdet är strukturellt mer energieffektiv än att koncentrera dem till ett fåtal platser.
Den tredje inriktningen behandlar överlevnadsförmåga i cellfri massiv MIMO och diskuterar utmaningar vid design av resilienta nät. Analysen visar att tät utbyggnad av små radioenheter är nödvändig för enkel uppkoppling under katastrofer, medan cellfri massiv MIMO dessutom möjliggör hög kapacitet i det drabbade området.