Energy efficiency optimization in wireless communications employing multiple antennas and realistic power consumption model

• Ano de defesa: 2019
• Autor(a) principal: Martinez, Roberto Wilhelm Krauss
• Orientador(a): Brante, Glauber Gomes de Oliveira
• Banca de defesa: Mariano, André Augusto , Brante, Glauber Gomes de Oliveira , Rebelatto, João Luiz , Pellenz, Marcelo Eduardo , Souza, Richard Demo
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: eng
• Instituição de defesa: Universidade Tecnológica Federal do Paraná; Curitiba
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática Industrial
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Sistemas de comunicação sem fio; Antenas (Eletrônica); Redes locais sem fio - Consumo de energia; Energia - Consumo; Sistema MIMO (Programa de computador); Otimização matemática; Métodos de simulação; Engenharia elétrica; Wireless communication systems; Antennas (Electronics); Wireless LANs - Energy consumption; Energy consumption; MIMO systems - Computer programs; Mathematical optimization; Simulation methods; Electric engineering
• Área do conhecimento CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA::TELECOMUNICACOES::SISTEMAS DE TELECOMUNICACOES
• Link de acesso: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/4645

Neste trabalho, nos concentramos na eficiência energética em redes de comunicação sem fio, especialmente comparando as vantagens da técnica de seleção de antenas (AS, Antenna selection) com outras técnicas de múltiplas entradas e múltiplas saídas (MIMO, Multipleinput multiple-output). Portanto, discutimos dois cenários modernos de rede: primeiro consideramos a implantação estações rádio base de pequeno porte (SBS, Small base stations) e, em seguida, uma implantação de rede de dispositivo-a-dispositivo (D2D, Device-to-device). No cenário de SBS, analisamos a eficiência energética por área (AEE, Area energy efficiency) para as técnicas de seleção de antenas (AS), máxima razão na transmissão (MRT, Maximal ratio transmission) e multiplexação espacial (SM, Spatial multiplexing). Também empregamos diferentes níveis de atenuação de interferência e um modelo realista de consumo de energia. A partir desse cenário apresentamos a representação matemática e nossos resultados mostram que o AS tem maior AEE que as outras técnicas quando a demanda por capacidade do sistema é baixa, enquanto o SM se torna mais eficiente energeticamente quando a capacidade demandada é maior. No entanto, observamos que o AS tem mais eficiência energética por área para distâncias curtas, isso se deve à menor energia consumida pela cadeia de RF (RF, Radio Frequency) em todos os nós. Ainda, podemos concluir que o desempenho do sistema com pequenas SBS, em termos de AEE, é fortemente dependente da quantidade de interferência, que ao mesmo tempo depende do modelo de consumo de energia. Ademais, no cenário de comunicação D2D examinamos a técnica AS em comparação com a técnica MRT. Além disso, também assumimos que os nós D2D estão distribuídos de acordo com um processo de Poisson homogêneo (PPP, Poisson point process), os quais interferem uns com os outros. Em outras palavras, eles compartilham o mesmo espectro e empregam um número limitado de bits de feedback. Assim, os resultados numéricos mostram que a técnica de MRT possui maior eficiência espectral que o AS para um mesmo número de nós interferentes em uma determinada área. Por outro lado, a distância do par D2D tem um impacto maior no aumento da eficiência energética da área para a rede. Além disso, para curtas distâncias o esquema AS tem melhor desempenho em comparação ao MRT, mesmo quando esse último emprega um número maior de bits de feedback. É notavel o melhor desempenho do AS em comparação ao MRT para distâncias curtas quando o número de antenas de transmissão aumenta, ou seja, apesar de proporcionar maior taxa de dados, o aumento do número de antenas no MRT não compromete consideravelmente sua eficiência energética.