Initial Access Techniques for 5G systems

Nei prossimi anni è previsto un aumento del traffico dati, e la quinta generazione cellulare 5G dovrà fare affidamento su nuove tecnologie, come le onde millimetriche e il massive-MIMO, per soddisfare tale richiesta. Lo spettro di frequenze sotto i 6 GHz risulta infatti sovra-utilizzato, e le frequenze relative alle onde millimetriche promettono di garantire alte velocità di trasmissione dei dati, grazie alla grande disponibilità di banda, specialmente attorno ai 60 GHz. Nonostante questo aspetto favorevole, si ha però un elevato path loss e la difficoltà nel penetrare gli ostacoli. Per ovviare a tali problemi, l'utilizzo di tecniche di beamforming, ottenibili grazie all'uso congiunto di frequenze a onde millimetriche e massive-MIMO, permette di direzionare il pattern dell'antenna nelle direzioni spaziali desiderate, e di compensare il path loss grazie all'aumento della direttività. Considerando un sistema cellulare 5G, una comunicazione di tipo direttivo impone che i beam dell'utente e della stazione radio base debbano essere allineati per garantire la comunicazione, introducendo possibili ritardi nella fase di accesso iniziale. Di conseguenza, lo studio di algoritmi ad-hoc, progettati per velocizzare questa fase rappresenta un sfida importante per l'ottimizzazione dei futuri sistemi 5G. Nell'ottica quindi di velocizzare l'accesso iniziale nelle reti 5G, in questa tesi prima di tutto mostriamo gli approcci proposti nello stato dell'arte, mettendo in evidenza gli aspetti che possono essere migliorati. Successivamente viene spiegato il simulatore che abbiamo implementato su Matlab, e infine viene introdotto un nuovo algoritmo. In particolare, l'algoritmo proposto si basa sulla memoria degli utenti visti per settore e sull'utilizzo di diverse configurazioni dei beam. Questi due aspetti combinati tra loro risultano innovativi rispetto allo stato dell'arte. I risultati numerici ottenuti dimostrano la bontà della tecnica proposta negli scenari 5G considerati.