Planificaciones de enlace basadas en estimación del canal aplicadas a 5G

Ac as de las XV Jo nadas
de Ingenie ía Telemá ica
(JITEL 2021),
A Co uña (España),
27-29 de oc ub e de 2021.
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Plani icaciones de enlace basadas en es imaci´
on
del canal aplicadas a 5G
Jose J. Rico-Palomo∗, Jes´
us Galeano-B ajones∗, Juan F. Valenzuela-Valdes†,
Da id Co es-Polo∗, Ja ie Ca mona-Mu illo∗
∗Depa amen o de Ingenie ´
ıa de Sis emas In o m´
a icos y Telem´
a icos. Uni e sidad de Ex emadu a. 06006.
†Depa amen o de Teo ´
ıa de la se˜
nal, Telem´
a ica y Comunicaciones. Uni e sidad de G anada. 18014.
[email p o ec ed], jg[email p o ec ed], juan alenzuela@ug .es, [email p o ec ed], jca mu @unex.es
El c ecimien o exponencial de disposi i os
conec ados a In e ne y el aumen o de los ol´
umenes
de ´
a ico que se gene an di icul an una ges i´
on
e icien e de las conexiones en e las es aciones base
y los usua ios en las edes m´
o iles. Es o desemboca
en una sob eca ga y en un mayo consumo de iempo
y ecu sos en la ed de acceso. Pa a el es udio
de es os p oblemas, se clasi ican los se icios de
los usua ios seg´
un los eque imien os del ipo de
´
a ico (capacidad, la encia, iabilidad, densidad de
conexiones, e c´
e e a). En es e abajo se p oponen
a ios mecanismos que, median e el en ´
ıo y la
ecepci´
on de pilo os po pa e del e minal m´
o il,
pe mi en es ima el enlace en busca de conexiones
con mayo capacidad y/o meno la encia. Es os
mecanismos desca gan a la ed de la oma de
decisiones, mejo ando la plani icaci´
on de ecu sos
seg´
un el ipo de ´
a ico que gene e el usua io. Los
esul ados ob enidos demues an una disminuci´
on y
es abilizaci´
on de la la encia, as´
ı como un aumen o
en la capacidad media de los enlaces. Se educen,
adem´
as, las conexiones bloqueadas po al a de
ecu sos en la ed.
Palab as Cla e—5G, edes celula es, es imaci´
on de canal,
capacidad, la encia, URLLC, eMBB, mMTC.
I. INTRODUCCI ´
ON
Desde comienzos de 2020 el n´
ume o de el´
e onos
m´
o iles in eligen es ha aumen ado en 93 millones, siendo
ac ualmen e la ci a de disposi i os conec ados supe io a
5,22 miles de millones en odo el mundo. Es e aumen o
de disposi i os se aduce ine i ablemen e en un aumen o
del ´
a ico de da os, que ya el a˜
no 2021 ha egis ado un
olumen supe io a 55 Exaby es al mes [1]. La e oluci´
on
en los ´
ul imos a˜
nos de las aplicaciones m´
as u ilizadas,
como la Realidad Vi ual/Aumen ada (AR Augmen ed
eali y, VR Vi ual Reali y), los eh´
ıculos au ´
onomos y
conec ados, los ideojuegos en l´
ınea, el In e ne de las
Cosas (IoT, In e ne o Things) y las pla a o mas de ´
ıdeo
bajo demanda, en e o as, han con ibuido a es e aumen o
exponencial. Si a es o le sumamos el c ecimien o espe ado
de es as aplicaciones, que seg´
un [2] se ´
a de un 175%
en 10 a˜
nos, se mues a un escena io que sob epasa las
especi icaciones que o ecen las edes con encionales.
5G, la nue a gene aci´
on de edes celula es, nace bajo
la mo i aci´
on de da sopo e a odas las conexiones
exis en es, pa a cub i la demanda de al as asas de da os
y los eque imien os de dis in os ipos de comunicaci´
on,
como la encia, n´
ume o de usua ios conec ados, iabilidad,
e c´
e e a. Es as edes u ilizan una combinaci´
on de
ecnolog´
ıas habili ado as de ni el ´
ısico, como las
an enas MIMO (Mul iple-Inpu Mul iple-Ou pu ) masi o,
codi icaci´
on digi al pa a el beam o ming y despliegues
ul a densos de celdas, en e o os, jun o con ecnolog´
ıas de
ni el de ed, como SDN (So wa e-De ined Ne wo king),
NFV (Ne wo k Func ion Vi ualiza ion), MEC (Mobile
Edge Compu ing), e c´
e e a. Una de las aplicaciones m´
as
di ec as de la combinaci´
on de es as ecnolog´
ıas es asigna
ecu sos a los e minales conec ados de o ma e icien e
dependiendo del ipo de ´
a ico, de mane a que no se
sob edimensionen los enlaces pe o que puedan ene
ecu sos su icien es pa a da se icio a la demanda. Es e
p oceso de asignaci´
on se ealiza, no malmen e, an es del
es ablecimien o de la conexi´
on, cuando el usua io y la ed
acue dan los eque imien os de la comunicaci´
on, pe o una
ez e aluado el ni el de se˜
nal- uido-in e e encia (SINR,
Signal- o-In e e ence-plus-Noise-Ra io) del usua io a
cada una de las es aciones base candida as. Es o consume
unas unidades de iempo que, dependiendo de la c i icidad
de la aplicaci´
on (po ejemplo, eh´
ıculos au ´
onomos),
pueden se de e minan es, ya que aumen a el iempo de
espues a de la ed a las pe iciones. Adem´
as, se gene a
una al a sob eca ga en la ed de acceso (RAN, Radio
Access Ne wo k) en la oma de decisi´
on pa a cada una de
254
Rico-Palomo, Galeano-B ajones, Valenzuela-Vald´
es, Co ´
es-Polo, Ca mona-Mu illo, 2021.
las conexiones en an es.
Con es os nue os pa adigmas y con el aumen o de la
complejidad de las aplicaciones y disposi i os m´
o iles,
su ge una nue a mane a de clasi ica los ipos de se icio,
no bas´
andose ´
unicamen e en sus casos de uso, si no en los
eque imien os que necesi an pa a sa is ace sus demandas.
Es a clasi icaci´
on di ide a los se icios en es g andes
bloques [3]:
•Enhanced Mobile B oadband (eMBB):
eque imien os de al as asas de da os, g an
ancho de banda y g andes zonas de cobe u a.
En es e bloque se engloba ´
ıan, po ejemplo, las
aplicaciones de ´
ıdeo bajo demanda y de AR/VR.
•Ul a-Reliable and Low La ency Communica ions
(URLLC): comunicaciones de muy baja la encia
ex emo a ex emo y una iabilidad supe io al 99’9%.
Las comunicaciones c ´
ı icas, como los eh´
ıculos
au ´
onomos, en an den o de es a clasi icaci´
on.
•Massi e Machine-Type Comunica ions (mMTC):
es as aplicaciones (como, po ejemplo, las de
indus ia 4.0 e IoT) ienen bajas asas de da os pe o
en nume osos disposi i os, po lo que equie en una
al a densidad de conexiones, es ´
andole impo ancia
a o os KPIs (Key Pe o mance Indica o s) como la
la encia.
Ya en la li e a u a se p oponen mecanismos que
ayudan a ges iona de mane a e icien e cada ipo de
conexi´
on. En [4] se plan ean mecanismos basados en
plani icaci´
on de enlace pa a comunicaciones eMBB y
URLLC donde se es ablece la iabilidad y la p´
e dida
de paque es como KPIs a e alua . Algunos abajos
p esen an soluciones en el RAN basadas en op imizaci´
on
e in eligencia a i icial [5], [6] pa a ese a los ecu sos
necesa ios de capacidad y/o la encia que necesi en los
usua ios seg´
un sus eque imien os. O as soluciones
basadas en RAN-slicing plan ean segmen a la ed
de acceso en di isiones l´
ogicas, cada una de ellas
p epa adas pa a da un se icio e icien e a cada ipo
de usua io, compa iendo los ecu sos disponibles en
oda la ed. Es as soluciones es ´
an basadas en so wa e,
haciendo ecae el c´
ompu o en las es aciones base [7], [8].
Siguiendo la endencia de los abajos comen ados
p e iamen e, en es e a ´
ıculo se p esen a una soluci´
on
basada en la es imaci´
on del canal median e el uso
de pilo os, donde se libe a a la RAN de la oma
de decisiones y se delega es a a ea a los e minales
m´
o iles. Es os mecanismos de es imaci´
on p escinden del
es ablecimien o de conexi´
on pa a escoge la es aci´
on base
que mejo es m´
e icas o ezca, cen ´
andose di ec amen e en
la e aluaci´
on de la encia o capacidad que pueda se i la
es aci´
on base.
El es o del abajo es ´
a o ganizado con la siguien e
es uc u a: en la Secci´
on II se p esen a la o malizaci´
on
ma em´
a ica u ilizada pa a modela el sis ema y su
compo amien o; la Secci´
on III desc ibe los mecanismos
implemen ados pa a la es imaci´
on del canal; la Secci´
on
IV p esen a las p uebas de simulaci´
on ealizadas y los
esul ados ob enidos; po ´
ul imo, en la Secci´
on V, se
p esen an las conclusiones.
II. MODELADO DEL SISTEMA
A con inuaci´
on se de allan los elemen os m´
as
impo an es que in luyen en los c´
alculos a lo la go del
iempo de simulaci´
on y los KPIs que in e esan pa a la
ob enci´
on de esul ados y su modelizaci´
on o mal.
A. Plani icaci´
on de enlace basada en SINR
Cuando un e minal m´
o il necesi a conec a se al RAN,
se u iliza la SINR pa a e alua cada una de las es aciones
base candida as. En la gene alidad de los casos, la es aci´
on
base a la que se conec a ´
a se ´
a aquella que mejo ni el de
SINR enga (medido en dBm). Los c´
alculos se ealizan
siguiendo la siguien e ecuaci´
on [9]:
SINRu=PRX(i,u)(mW )
[
N
P
j=1j6=i
PRX(j,u)(mW )] + PN0(mW)
(1)
donde PRX(i,u)es la po encia ecibida po el usua io u
de cada una de las es aciones base, en miliwa ios; PN0
es la po encia de uido y [
N
P
j=1j6=i
PRX(j,u)(mW )] es la
in e e encia, es deci , la suma de la po encia ecibida de
cada es aci´
on base dis in a a la e aluada, pe o que ope an
en la misma ecuencia.
B. Canal de p opagaci´
on y modelo de p´
e didas
El enlace en e un ansmiso y un ecep o se e al´
ua
median e la o mula del p esupues o de po encia o link
budge , que se usa ambi´
en pa a calcula la po encia
ecibida en un nodo m´
o il eniendo en cuen a las
p opiedades de las an enas y las p´
e didas en espacio lib e.
La ´
o mula se p esen a a con inuaci´
on:
PRX (dBm) = PT X (dBm) + GT X (dBm)+
+GRX (dBm)−L(dB)(2)
La po encia ecibida, deno ada po PRX es combinaci´
on
en e la po encia ansmi ida, PT X , las ganancias de
las an enas ansmiso as y ecep o as, GT X yGRX
espec i amen e, y las p´
e didas en espacio lib e L.
Pa a el c´
alculo de las p´
e didas en espacio lib e se ha
u ilizado el modelo ABG, u ilizado en nume osos abajos
´
ecnicos y acad´
emicos [10]. Las p´
e didas en espacio lib e
se calculan en unci´
on de la ecuencia de adiaci´
on y
la dis ancia en e el ansmiso y ecep o , en e o os
ac o es:
PLABG( , d)[dB] = 10αlog10 d
1m+β+
+ 10γlog10 
1GHz+XABG
σ(3)
donde PLABG( , d)son las p´
e didas en espacio lib e en
decibelios pa a la dis ancia dy una ecuencia de e minada
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Plani icaciones de enlace basadas en es imaci´
on del canal aplicadas a 5G
.αyβyγson los coe icien es p opios del modelo,
que a ´
ıan en unci´
on del canal de p opagaci´
on en el
que se encuen e el enlace. Es os alo es son medidos en
ci cuns ancias conc e as pa a es ima las p´
e didas [11].
C. Modelo de capacidad de an enas MIMO
Las an enas an o de los e minales m´
o iles como
de los paneles de las es aciones base se modelan con
una ecnolog´
ıa de an enas MIMO con di e sidad de
an enas an o en la ecepci´
on como en la ansmisi´
on.
La capacidad de un enlace de es a ecnolog´
ıa es el
p oduc o en e el ancho de banda asignado pa a el enlace
po la e iciencia espec al en e las dos an enas, medida
en Mbps. La e iciencia espec al (medida en bi s/s/Hz)
depende del canal de p opagaci´
on y del n´
ume o de an enas
ansmiso as y ecep o as, siguiendo la ´
o mula que se
mues a a con inuaci´
on [12]:
Sc= log2de INRX +SINR
NT X
H∗HT0 (4)
donde INRX es la ma iz de iden idad cuyas dimensiones
son el n´
ume o de an enas MIMO del ecep o , NT X es
el n´
ume o de an enas del ansmiso y Hes la ma iz del
canal. HT0es la ansposici´
on conjugada de es a ma iz.
D. Modelo de la encia
El modelo de la encia u ilizado [13] es composici´
on de
3 iempos que a ec an a la comunicaci´
on en e el e minal
m´
o il y la es aci´
on base en el enlace uplink.
T o al =link la ency =Tp op +T ail +Thand (5)
Los iempos de cola T ail =β
µ(1−β)y p ocesamien o
Thand =1
µ(1−β)son los co espondien es al iempo que se
consume al es a encolada la conexi´
on en la es aci´
on base
y al iempo que a da el NodeB en p ocesa la demanda,
espec i amen e. Ambos a ienden a un modelo de cola
GI|M|1donde los iempos de se icio se dis ibuyen
exponencialmen e con a io µ. El iempo de p opagaci´
on
Tp op co esponde al iempo que a da la p opagaci´
on
de la in o maci´
on po el medio, desde el momen o en
el que se emi e has a que llega al ecep o . Es e iempo
es ´
a ue emen e condicionado po las p opiedades del
canal. La ´
o mula u ilizada pa a modela es a la encia es
la siguien e:
Tp op =2( slo −E[T ])
1 + e δ(d, )
√2σ(6)
donde slo es el iempo en e los PRBs (Physical Resou ce
Block), de inido po el es ´
anda 5G [14], e es la unci´
on
e o y δ( , d) = PT X +PN0−L( , d). La dependencia
con el canal de p opagaci´
on se e leja en E[T ], que de ine
las al e aciones que p oducen los bloqueos m´
o iles. Los
bloqueos m´
o iles son odo ipo de obje os que in e ie en
en la l´
ınea de isi´
on del p opio enlace, como pea ones,
eh´
ıculos, e c´
e e a. Es os bloqueos se modelan siguiendo
una modelo de cola M|G1|∞, donde los ins an es de
llegada son in e p e ados como el c uce del campo de
isi´
on du an e un ins an e de iempo, donde cambia ´
a de
LOS (Line-O -Sigh ) a NLOS (No-Line-O -Sigh ). Con los
iempos medios en el que enlace es ´
a isible y bloqueado
se calcula la al e aci´
on del enlace [15].
E. En ´
ıo y ecepci´
on de pilo os
La o ma escogida de es ima el canal es in oduci
un s´
ımbolo pilo o conocido en la se˜
nal de ansmisi´
on,
median e la p opia modulaci´
on de la se˜
nal. Los pilo os son
se˜
nales usadas pa a la supe isi´
on, con ol, ecualizaci´
on
y/o sinc onizaci´
on del canal, en e o os p op´
osi os. Esa
se˜
nal conocida po emiso y ecep o iaja ´
a po el canal
su iendo una al e aci´
on. Cuando el ecep o e al´
ue el
pilo o lo compa a ´
a con el alo conocido y pod ´
a es ima
la deg adaci´
on su ida, pa a conoce as´
ı el es ado del canal
y alguna de sus p opiedades [16].
Fig. 1. P oceso de en ´
ıo y ecepci´
on de pilo os. El e minal m´
o il,
sin desca a el enlace p incipal ni pa a el lujo de in o maci´
on, en ia y
ecibe con inuamen e pilo os de las dem´
as es aciones base ce canas.
En el sis ema simulado, los pilo os son en iados po
el nodo m´
o il a la es aci´
on base, y son de uel os po la
misma. Es o ayuda a mejo a la p ecisi´
on de la es imaci´
on,
ealizando dos es imaciones de canal (downlink yuplink)
en ez de s´
olo una como se desc ibi´
o an e io men e (s´
olo
uplink).
El nodo m´
o il en ´
ıa es os pilo os a odas las es aciones
base en su ango de cobe u a, y e al´
ua los ecibidos. La
selecci´
on de la es aci´
on base no se hace, po an o, po
ni el de SINR, sino po la p opiedad del canal que m´
as
in e ese en cada momen o.
F. Modelos de ´
a ico y demanda
Pa a dis ingui los dis in os ipos de se icios y
aplicaciones, se implemen an a ios modelos de ´
a ico
que ap oximan el ama˜
no, la du aci´
on y la asa de llegadas
del ´
a ico de a ias aplicaciones eales. Es e modelado
ma em´
a ico del ele ´
a ico se basa undamen almen e en
el abajo ealizado en [17]. Los modelos implemen ados
se esumen en la Tabla I.
Los nodos m´
o iles p e-simulan el ´
a ico que gene a ´
an
a lo la go del iempo de ejecuci´
on, y c ean las demandas.
Es as es uc u as co esponden a la can idad de ecu sos
(capacidad en Mbps) que se ´
an ocupados a lo la go de la
ed: las es aciones base po las que se en u a ´
a la conexi´
on
has a llega a la ed de acceso y sus enlaces.
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Rico-Palomo, Galeano-B ajones, Valenzuela-Vald´
es, Co ´
es-Polo, Ca mona-Mu illo, 2021.
Aplicaci´
on Re e encia Tipo Modelo
FTP [18] Es oc´
as ico T unca ed logno mal dis ibu ion
Gaming [19], [20] Expe imen al Volumen de ´
a ico y asas de llegada eales
VOD [21], [22] Mix o T unca ed pa e o dis ibu ion pa a las de llegada con ol´
umenes de ´
a ico eales
Web [21] Es oc´
as ico T unca ed logno mal dis ibu ion
IoT [23] Es oc´
as ico Poisson p ocess
AR/VR [24], [25] Expe imen al Volumen de ´
a ico y asas de llegada eales
V2X [26], [27] Mix o Mezcla en e ´
a ico de con ol, da os y VOD, en e o os
Tabla I
MODELOS DE TR ´
AFICO IMPLEMENTADOS EN EL FRAMEWORK DE SIMULACI ´
ON
III. MECANISMOS PROPUESTOS
En es a secci´
on se p esen an los mecanismos p opues os
pa a la plani icaci´
on de enlace de e minales m´
o iles seg´
un
las necesidades del ´
a ico que gene an y la c i icidad de
su comunicaci´
on. Si un usua io necesi a menos la encia
o m´
as capacidad de las que pueden pe mi i sus enlaces
con la ed, necesi a ´
a u iliza o o ipo de plani icaci´
on de
enlace que le pe mi a conec a se a o a es aci´
on base que
s´
ı pueda p opo ciona le dichos ecu sos. Es as soluciones
es ´
an basadas en la es imaci´
on del canal, que p opo cionan
al e minal m´
o il una isi´
on comple a del es ado de la ed
seg´
un las dos m´
e icas a e alua , delegando el c´
ompu o
de la es imaci´
on en el p opio e minal y no en la ed. Se
p oponen a con inuaci´
on dos mecanismos.
A. Plani icaci´
on de enlace basada en es imaci´
on de
la encia
Pa a es ima la la encia del enlace, el e minal m´
o il
debe en ia una se˜
nal pilo o conocida a las es aciones base,
que e o na ´
an la se˜
nal. El iempo que a da el pilo o en e
el en ´
ıo y su pos e io ecepci´
on puede ayuda a es ima la
la encia de p opagaci´
on p op; pe o el usua io s´
olo conoce
el iempo o al (bidi eccional). Pa a calcula el iempo s´
olo
en una di ecci´
on, es necesa io desglosa la escena:
pilo = p op(PT XUE , up)+ hand + BS(PT XBS , down)
(7)
Es e iempo o al pilo es la combinaci´
on en e a ios
iempos: el iempo que a da la se˜
nal pilo o en llega a
la es aci´
on base p op. Seg´
un el modelado del sis ema, y
eniendo en cuen a que el canal es com´
un en e los enlaces
uplink ydownlink (ya que se en iende que el iempo que
se consume pa a la in e acci´
on del pilo o es desp eciable
en compa aci´
on con el iempo de cohe encia del canal),
es e iempo depende de la po encia de ansmisi´
on del
e minal PT XUE y la ecuencia del enlace ascenden e up.
El iempo que a da la se˜
nal pilo o en se en iada po la
es aci´
on base y llega nue amen e al e minal BS sigue
el mismo esquema, siendo dependien e de la po encia de
ansmisi´
on de la es aci´
on base PT XBS y la ecuencia del
enlace ascenden e down.
Si conside amos desp eciable el iempo que a da la
es aci´
on base en p ocesa la se˜
nal hand y conocidas las
ma cas de iempo de en ´
ıo y ecepci´
on del pilo o po pa e
del e minal m´
o il, adem´
as del iempo de e o no de las
mismas pe o po pa e de la es aci´
on base, la la encia del
enlace puede se es imada median e la siguien e ´
o mula:
L0
j,i = pilo (UEj, BSi)−T0
p op(BSi, UEj, down),
∀i∈ {BNBS},∀j∈ {U}(8)
B. Plani icaci´
on de enlace basada en es imaci´
on de
capacidad
El modelado de la capacidad, como se ha desglosado
an e io men e, es unci´
on del n´
ume o de ansmiso es
N x y ecep o es N x, el ancho de banda BWuy
las p opiedades del canal H. Pa a la es imaci´
on de la
capacidad del e minal C0(BWu, SINR, N x, N x, H), el
usua io debe conoce algunas ca ac e ´
ıs icas del sis ema
ecep o , como el ancho de banda y el n´
ume o de an enas
MIMO del ex emo del enlace.
Las se˜
nales pilo os p opo ciona ´
an esa in o maci´
on
median e el mismo mecanismo de en ´
ıo y ecepci´
on,
de ol iendo cie a in o maci´
on de la es aci´
on base: el
n´
ume o de ecep o es MIMO que habili a ´
a pa a el enlace
y el ancho de banda que se le asigna ´
ıa al usua io en
el caso de que se conec ase, sin ene en cuen a ning´
un
algo i mo de asignaci´
on in eligen e, pues o que a p io i la
es aci´
on base no conoce las ca ac e ´
ıs icas del ´
a ico del
usua io ni la c i icidad de su comunicaci´
on.
Pa a es ima las condiciones del canal, po an o, es
necesa io gene a alea o iamen e ma ices Hu ilizando
una dis ibuci´
on no mal compleja N(µ, σ2), seg´
un los
pa ´
ame os que se de ec en en la ecepci´
on de la se˜
nal
pilo o:
H’ =
NH
X
M
XH1(N x×N x )∼ N(µ, σ2)
√2+
+jH2(N x×N x )∼ N(µ, σ2)
√2(9)
donde H’ es la ma iz Hes imada, compues a po NH
ma ices de ama˜
no N x ×N x, sumadas M eces, que
co esponde con el n´
ume o de mues as u ilizadas. La
capacidad inal se ´
a la media en e odas las mues as
ob enidas.
IV. PRUEBAS Y OBTENCI ´
ON RESULTADOS
Pa a simula el sis ema comple o se han u ilizado
he amien as de simulaci´
on de desa ollo p opio basadas
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Plani icaciones de enlace basadas en es imaci´
on del canal aplicadas a 5G
en e en os disc e os. El sis ema comple o incluye desde
los nodos m´
o iles has a la ed de acceso, eniendo
en cuen a el RAN y la ed de backhaul, as´
ı como
la in e acci´
on de odos los elemen os. El p oceso de
e aluaci´
on de los KPIs se ealiza en cada cambio de
posici´
on del usua io, que sucede cuando su modelo de
mo imien o gene a un cambio (en unci´
on de la elocidad
y dis ancia eco ida). En es e e en o las condiciones del
canal cambian, po lo que se ealizan los c´
alculos de los
di e en es pa ´
ame os.
Las es aciones base es ´
an colocadas seg´
un una
dis ibuci´
on de Poisson (PPP) po odo el escena io. Los
UE se mue en po el escena io siguiendo un modelo de
mo imien o basado en dis ibuciones alea o ias (Random
WayPoin ), y el ipo de usua io es ´
a epa ido de la
siguien e mane a:
•100 usua ios de ipo eMBB, que gene an un ´
a ico
de ipo ´
ıdeo VOD, FTP, AR/VR y web.
•100 usua ios de ipo URLLC, que gene an un ´
a ico
de ipo V2X y gaming.
•200 usua ios de ipo mMTC, que gene an ´
a ico de
ipo web, IoT y FTP.
La ed de acceso es ´
a o mada po 4 ou e s de bo de,
cada cual es ´
a conec ado a una es aci´
on base de ipo
mac o. Los enlaces en e los ou e s siguen una malla
comple a. Es os enlaces es ´
an dimensionados con una
capacidad de 10 Gbps.
Pa a comp oba el endimien o de los mecanismos
p opues os, se ha ealizado una ba e ´
ıa de simulaciones
pa a la ob enci´
on de esul ados, y el pos e io a amien o
de los mismos. Pa a minimiza la alea o iedad de el
posicionamien o de las BS y el mo imien o de los
usua ios, se han ealizado 35 simulaciones con la misma
con igu aci´
on pa a cada una de las p uebas, cada una
de ellas epe ida 3 eces: una con cada plani icaci´
on de
enlace; en o al, 105 ejecuciones. Todos los esul ados, po
an o, son alo es medios de odas las simulaciones. La
con igu aci´
on de los modelos pa a la ejecuci´
on se mues a
en la Tabla II.
Pa ´
ame o Mac o BS Small BS UE
Nº 4 20 400
Al u a 40 m 15 m 1.7 m
Nº an enas MIMO 10 10 4
F ecuencia 6 GHz 21 GHz Banda uplink
Ganancia 12 dBi 8 dBi 5 dBi
Po encia de ansmisi´
on 28 dBm 12 dBm 5 dBm
Ancho de banda 300 MHz 900 MHz -
Tiempo de slo (pilo o) 10 ns 10 ns 10 ns
Tiempo de simulaci´
on 1 ho a
Tama˜
no del escena io 144 Km2(UMa)
Capacidad media de los enlaces de backhaul 1 Gbps
Tabla II
PAR ´
AMETROS UTILIZADOS EN LA SIMULACI´
ON.
En la Figu a 2 se mues an los esul ados ob enidos
que co esponden al n´
ume o de conexiones bloqueadas
po la ed pa a cada ipo de usua io. Como el ´
a ico
se gene a seg´
un dis ibuciones es oc´
as icas, se conside a
el po cen aje con espec o al o al. Se conside a que
una conexi´
on su e bloqueo (y su pos e io desca e)
cuando el enlace (bien sea en e el UE y la BS o en
la ed de backhaul) no iene capacidad su icien e pa a
sa is ace la demanda o cuando su la encia media es mayo
a la eque ida po el ´
a ico que es ´
a pasando po el
enlace. Bajo las mismas condiciones, se modi ican las
plani icaciones de enlace pa a comp oba la e icacia que
iene cada una de ellas con el ipo de usua io al que an
di igido.
Es imación capacidad Es imacion la encia SINR
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
5.0
5.5
6.0
% de conexiones bloqueadas
eMBB
URLLC
mMTC
Fig. 2. Po cen aje de conexiones bloqueadas con espec o al o al,
clasi icadas po ipo de usua io seg´
un eque imien os (capacidad, la encia
o densidad de conexi´
on), en unci´
on del ipo de plani icaci´
on de enlace.
Pa a obse a de mane a absolu a la e oluci´
on de
las KPIs que se p e enden mejo a , se p esen an los
esul ados de capacidad y la encia medias seg´
un los
dis in os mecanismos desa ollados a lo la go del iempo
de las simulaciones. Las l´
ıneas de e o co esponden a
unos in e alos de con ianza del 95%, calculados con las
35 simulaciones ealizadas.
En la Figu a 3 obse amos la capacidad m´
axima e´
o ica
disponible, medida en Mbps, po los enlaces en e los
usua ios y las es aciones base a las que es ´
an conec ados
(en alo medio) seg´
un las plani icaciones de enlace
desa olladas de es imaci´
on de la encia y capacidad, y la
plani icaci´
on de e e encia po SINR.
Se obse a un aumen o de la capacidad si u ilizamos
la es imaci´
on del canal pa a conec a a los usua ios a
las es aciones base, y no ´
unicamen e el ni el de se˜
nal
ecibida. Se aumen a la capacidad media de los enlaces
en un 21’9% si se u iliza el es imado de capacidad
pa a es ima la capacidad m´
axima. El somb eado de las
g ´
a icas co esponde a los in e alos de con ianza de las 35
ejecuciones ealizadas. Los in e alos de con ianza es ´
an
ajus ados al 95%.
En la Figu a 4 se mues a, de la misma mane a, la
la encia de los enlaces que conec an a los usua ios con
el RAN, medida en milisegundos, con los mecanismos
p opues os, omando como e e encia la plani icaci´
on po
ni el de se˜
nal.
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Rico-Palomo, Galeano-B ajones, Valenzuela-Vald´
es, Co ´
es-Polo, Ca mona-Mu illo, 2021.
0 10 20 30 40 50
Tiempo de simulación (minu os)
80
90
100
110
120
130
Capacidad media (Mbps)
Capacidad con Plani icación 1
Capacidad con Plani icación 2
Capacidad con Plani icación 3
Fig. 3. Capacidad disponible po los usua ios de la simulaci´
on
en unci´
on de la plani icaci´
on de enlace. Plani icaci´
on 1: es imaci´
on
de capacidad; plani icaci´
on 2: es imaci´
on de la encia; plani icaci´
on 3:
plani icaci´
on de e e encia basada en SINR.
0.0 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0
Tiempo de simulación (minu os)
390
400
410
420
430
La encia de p opagación media (ns)
La encia con Plani icación 1
La encia con Plani icación 2
La encia con Plani icación 3
Fig. 4. La encia de los enlaces en e los usua ios y las es aciones base
a las que es ´
an conec ados en unci´
on de la plani icaci´
on de enlace.
Plani icaci´
on 1: es imaci´
on de capacidad; plani icaci´
on 2: es imaci´
on de
la encia; plani icaci´
on 3: plani icaci´
on de e e encia basada en SINR.
Se obse a, adem´
as de una disminuci´
on del 7% en la
la encia media de los enlaces, una es abilizaci´
on en la
la encia de las comunicaciones, que puede se u ilizada
pa a una mayo sinc onizaci´
on de las conexiones. Los
in e alos de con ianza es ´
an ajus ados al 95%.
V. CONCLUSIONES
En es e abajo se p esen an dos mecanismos basados en
es imaci´
on del canal pa a las decisiones de plani icaci´
on
de enlace de los e minales m´
o iles de las edes celula es.
Es os mecanismos son aplicados a la modelizaci´
on de un
RAN con ecnolog´
ıa 5G y se cen an en la e aluaci´
on de
dos pa ´
ame os impo an es: la capacidad y la la encia. Las
p uebas se han ealizado en he amien as de simulaci´
on
de desa ollo p opio basadas en e en os disc e os, que
e al´
uan los pa ´
ame os cuando cambian las condiciones
del canal.
Con los esul ados ob enidos de las p uebas ealizadas
se pueden ob ene las siguien es conclusiones:
La plani icaci´
on de enlace p opues a basada en
es imaci´
on de la encia minimiza el n´
ume o de conexiones
bloqueadas pa a usua ios de ipo URLLC. Es o mejo a
la iabilidad de las conexiones c ´
ı icas como el caso de
los eh´
ıculos au ´
onomos, y do a la ed de mayo obus ez
pa a conexiones de baja la encia, educi´
endose en un
7%. Del mismo modo que la plani icaci´
on de enlace
basada en es imaci´
on de capacidad aumen a la capacidad
media disponible en los enlaces de la gene alidad de los
usua ios en un 21%, ac o cla e pa a educi el n´
ume o
de conexiones bloqueadas en los usua ios de ipo eMBB.
Pa a los usua ios de ipo mMTC no se obse an esul ados
concluyen es.
La es imaci´
on del canal pe mi e el desa ollo de
mecanismos de ni el ´
ısico que mejo en el endimien o del
RAN o las capas supe io es, minimizando el n´
ume o de
conexiones bloqueadas, desconges ionando los enlaces de
la ed y aumen ando, po an o, la capacidad de las edes
celula es. Descen alizando el cos o del en ´
ıo de pilo os
y haciendo ecae el c´
ompu o sob e los nodos m´
o iles,
se educe la complejidad de las es aciones base. Es as
s´
olo end ´
an que emi i pilo os cuando un usua io necesi e
meno la encia o mayo capacidad, y no de mane a
pe i´
odica como en los mecanismos con encionales.
Sin necesidad de mejo a la ecnolog´
ıa de las edes
exis en es, es posible op imiza el uso de los ecu sos
median e mecanismos que mezclan soluciones so wa e
con a amien o de se˜
nal. Es as soluciones no plan ean
un g an cambio en la in aes uc u a, y pe mi en g an
escalabilidad. El uso de se˜
nales pilo os pe mi e, po an o,
dis ingui desde el pun o de is a de la ed, las necesidades
de los usua ios sin necesidad de un es ablecimien o de la
conexi´
on.
Como abajos u u os pod ´
ıa des aca se la aplicaci´
on
de es os mecanismos pa a la ese a de ecu sos en
una ed con ecnolog´
ıa RAN-Slicing. Las es aciones base
compa en una se ie de ecu sos (capacidad, la encia,
e c´
e e a) que se ´
an u ilizados po una misma slices. Los
usua ios conec ados a esa slice end ´
an odos esos ecu sos
accesibles independien emen e del pun o de acceso a la ed
al que es ´
en conec ados. Es os mecanismos pueden ayuda
al o ques ado de las slices a ese a ecu sos pa a pode
aumen a el endimien o de los enlaces y minimiza la
p´
e dida de conexiones.
AGRADECIMIENTOS
Es e abajo ha sido inanciado pa cialmen e po la
Conseje ´
ıa de Econom´
ıa e In aes uc u as de la Jun a
de Ex emadu a con el p oyec o IB18003 y la Ayuda
GR18141, y po el Minis e io de Ciencia, Inno aci´
on y
Uni e sidades con el p oyec o RTI2018-102002-A-I00.
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Plani icaciones de enlace basadas en es imaci´
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