UNIVERSIT`
A DI PISA
DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA DELL’INFORMAZIONE
Dottorato di Ricerca in Ingegneria dell’Informazione
Sintesi della tesi dell’allievo Carmine Vitiello nell’ambito del corso di
Dottorato, ciclo XXIX
Tutor: Prof.Marco Luise
1. Sintesi della tesi
In questa tesi viene descritto lo sviluppo della forma d’onda chiamata Universal Filtered Multicarrier (UFMC), tra le maggiori candidate a divenire il livello fisico della prossima generazione di rete cellu-lare 5G. A differenza dell’OFDM, questa forma d’onda multiportante raggruppa le sottoportanti in sotto-bande, dove il segnale viene elaborato e filtrato. In questo modo, l’UFMC oltre che fornire un ulteriore grado di libert`a in termini di flessibilit`a, riesce a migliorare la robustezza del segnale contro i disallinea-menti temporali e frequenziali, limitando le emissioni fuori banda del segnale. Nella prima parte della tesi viene data una visione globale di quelli che sono i requisiti che riguardano il livello fisico della rete cellulare 5G, rimarcando i limiti della precedente generazione. In seguito, le forma d’onda proposte in letteratura sono state descritte ed analizzate in maniera pi`u approfondita e brevemente comparate tra loro in termini di efficienza tempo-frequenza. Dato che in letteratura non viene menzionata alcuna tecnica di allocazione delle risorse applicata all’UFMC, sono state proposte diverse strategie capaci di migliorare ulteriormente le prestazioni della forma d’onda, massimizzando un parametro di qualit`a chiamato good-put. Questi metodi si basano sull’abbinamento di una modulazione Bit Interleave Code (BIC) all’UFMC e sulla scelta dei migliori parametri di trasmissione, rappresentati dal tasso di codifica, modulazione, potenza e numero di simboli multicarrier trasmessi, usando un algoritmo iterativo greedy e sfruttando la granu-larit`a della forma d’onda. Le performance sono state valutate con differenti tipologie di canale, in caso di perfetta e di imperfetta sincronizzazione e con differente dimensione di dati da trasmettere, in modo tale da valutare il comportamento dell’UFMC e della strategia di allocazione di risorse per differenti tipi di comunicazione, come quella a pacchetti continui e sporadici, quest’ultima tipica delle comunicazioni Internet of Things (IoT). Inoltre, viene mostrata un implementazione dell’UFMC tramite l’utilizzo di un framework di sviluppo open-source chiamato OpenAirInterface. Dopo un’attenta analisi teorica preliminare della catena di ricetrasmittente, `e stato semplificato lo schema del trasmettitore della waveform, facendo attenzione a non perderne i benefici e quindi migliorando le sue prestazioni dal punto di vista della comp-lessit`a computazionale. L’implementazione `e avvenuta sul canale dati uplink PUSCH dello standard 3GPP LTE, sostituendo il modulatore SC-FDMA con un modulatore UFMC a bassa complessit`a computazionale mentre al ricevitore `e stato utilizzato il classico ricevitore PUSCH OFDM, semplicemente aggiungendo un blocco di sincronizazione temporale in maniera tale da permettere la ricezione corretta del segnale UFMC. I risultati ottenuti in termini di block error rate e di complessit`a computazionale hanno dimostrato e con-fermato le qualit`a della forma d’onda UFCM nello scenario di applicazione tipico, specialmente in caso di sincronizzazione non perfetta. Il processo di implementazione all’interno dello stack 3GPP LTE e le successive simulazioni hanno dimostrato anche la coesistenza della forma d’onda UFMC con il livello fisico attuale, requisito importante per un passaggio graduale tra la quarta e la quinta generazione cellulare.
Lo studente Il Tutor
Carmine Vitiello Prof.Marco Luise
