Prado Alvarez, Danaisy

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Instituto Universitario de Telecomunicación y Aplicaciones Multimedia

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Study of Feasible Cell-Free Massive MIMO Systems in Realistic Indoor Scenarios
(Universitat Politècnica de València, 2023-12-14) Prado Alvarez, Danaisy; Martín-Sacristán Gandía, David; Monserrat Del Río, José Francisco; Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Telecomunicación; Departamento de Comunicaciones; Instituto Universitario de Telecomunicación y Aplicaciones Multimedia
[ES] El uso masivo de las telecomunicaciones exige redes de mayor capacidad. Esta capacidad puede incrementarse de las siguientes maneras: aumentando el número de antenas, el ancho de banda, la eficiencia espectral o una combinación de ellas. En respuesta a esto, han surgido los sistemas masivos MIMO sin celdas. Estos sistemas pretenden ofrecer un servicio ubicuo y fiable, apoyándose en un número masivo de antenas y adaptando la red a las necesidades de los usuarios en cada momento. Se han estudiado sistemas MIMO masivos sin celdas tanto para frecuencias inferiores a 6 GHz como en la banda mmW, demostrando ser una buena alternativa a las celdas pequeñas. Sin embargo, hay muchas cuestiones que todavía requieren más estudio. Esta Tesis aborda las cuestiones relativas a los despliegues masivos MIMO sin celdas en términos de escalabilidad, consumo de energía, modelado realista de los escenarios de despliegue y diseño de precodificadores para dichos escenarios en la banda mmW. Los sistemas masivos sin celdas en su forma canónica consideran que todos los APs están conectados a una única CPU y que todos ellos sirven a todos los UEs al mismo tiempo. Sin embargo, en la práctica, tal sistema no es factible debido a temas de escalabilidad. Por ello, en esta Tesis se estudian y proponen diferentes soluciones de agrupación que alivian la carga tanto de cada AP individual como de la CPUs, ya que la carga total de procesamiento se divide entre ellas. Las soluciones propuestas muestran un mejor rendimiento que la solución del estado del arte estudiada para todos los tamaños de agrupación considerados e independientemente del número de UEs en el escenario. Tras las consideraciones sobre la topología lógica de la red, esta Tesis analiza el impacto en el rendimiento de la red de diferentes configuraciones de topologías físicas. En concreto, se estudia el modelado del consumo de energía considerando front-haul totalmente dedicado, híbrido y totalmente en serie. En este sentido, se sugieren algunas modificaciones al modelo tradicional de consumo de energía para obtener resultados más precisos cuando se analizan entornos en serie. A partir de los resultados obtenidos, se destaca la importancia de aplicar las modificaciones propuestas que consideran el ahorro de energía debido a las conexiones serie en un despliegue de MIMO masivo sin celdas donde cada AP transmite la misma información (excepto por los coeficientes de precodificación). Por otro lado, aunque en la banda milimétrica se dispone de mayores anchos de banda, el uso de estas frecuencias conlleva ciertos retos. Uno de estos retos es el modelado del canal radioeléctrico, ya que al trabajar con longitudes de onda del orden de decenas de milímetros cualquier objeto o rugosidad del mismo puede afectar a la propagación de la onda. En este sentido, esta Tesis, en primer lugar, propone algunas adaptaciones al modelo de bloqueo del cuerpo humano del 3GPP. Los resultados obtenidos tras las modificaciones se acercan más a los valores de las mediciones reales, lo que hace que el modelo adaptado sea más preciso para la consideración del bloqueo corporal en mmW. En segundo lugar, esta Tesis presenta una herramienta de simulación de radiocanales basada en el trazado de rayos. Se han obtenido resultados de pérdidas de trayecto para un escenario de interior que se aproximan notablemente a las medidas reales. Asimismo, los resultados obtenidos muestran que cuando no se modelan correctamente las características electromagnéticas de los materiales o no se tiene en cuenta el mobiliario en un escenario de interior, los resultados pueden diferir considerablemente de las medidas reales. Por último, esta Tesis aborda el diseño de precodificadores en sistemas MIMO masivos sin celdas en un escenario realista. Para ello, se considera un escenario industrial con requerimientos de potencia específicos. En particular, se resuelve un problema de optimización con diferentes restricciones de potencia por antena.
Comparison of Optimization Methods for Aerial Base Station Placement with Users Mobility
(IEEE, 2019-11-19T10:24:53Z) Prado Alvarez, Danaisy; Inca Sánchez, Saúl Adrián; Martín-Sacristán Gandía, David; Monserrat Del Río, José Francisco; Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Telecomunicación; Departamento de Comunicaciones; Instituto Universitario de Telecomunicación y Aplicaciones Multimedia; European Commission
Aerial base stations have been recently considered in the deployment of wireless networks. Finding the optimal position for one or multiple aerial base stations is a complex problem tackled by several works. However, just a few works consider the mobility of the users which makes necessary an online optimization to follow the changes in the scenario where the optimization is performed. This paper deals with the online optimization of an aerial base station placement considering different types of users mobility and three algorithms: a Q-learning technique, a Gradient-based solution and a Greedy-search solution. Our objective is to minimize in an urban environment the path loss of the user at street level with the highest path loss. Simulation results show that the performance of the three methods is similar when a high number of users move randomly and uniformly around the scenario under test. Nevertheless, in some situations when the number of users is reduced or when the users move together in a similar direction, both Gradient and Greedy algorithms present a significantly better performance than the Q-learning method.
Study of Clustering Solutions for Scalable Cell-Free Massive MIMO
(Institute of Electrical and Electronics Engineers, 2023-03-21) Prado Alvarez, Danaisy; Calabuig Soler, Daniel; Monserrat Del Río, José Francisco; Bazzi, Samer; Xu, Wen; Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Telecomunicación; Departamento de Comunicaciones; Instituto Universitario de Telecomunicación y Aplicaciones Multimedia; Escuela Politécnica Superior de Gandia
[EN] In response to the requirements of 5G and beyond, cell-free systems have emerged to ensure uniform service throughout the area. However, the idea of having no cells leads to a considerably large monolithic system, which is not scalable. In this context, common sense suggests the creation of clusters of Access Points (APs) and User Equipments (UEs) that allow the system to be managed locally to some extent. The clustering procedure has to ensure certain performance for the global system and, at the same time, ensure its scalability. In this paper, first, scalability is analyzed. Subsequently, we study and compare two clustering approaches for uplink and downlink. Finally, we propose a combination of clustering and resource allocation techniques that outperforms the rest of the analyzed state-of-the-art solutions.
Creación de Interfaces de Realidad Virtual Móvil en Unity 3D y Validación Experimental de sus Requisitos de Red
(Universitat Politècnica de València, 2021-04-14) Prado Alvarez, Danaisy; Monserrat Del Río, José Francisco; García Roger, David; Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Telecomunicación; Departamento de Comunicaciones; Instituto Universitario de Telecomunicación y Aplicaciones Multimedia
[ES] El objetivo de esta tesina de máster es extender las funcionalidades de las soluciones de desarrollo de juegos para utilizarlas como herramientas de ingeniería. En concreto se utilizará la plataforma UNITY-3D y se integrará una plataforma de realidad virtual para permitir al ingeniero radio tener una inmersión total en la zona a diseñar. Mediante los propios mandos del mundo virtual el ingeniero deberá ser capaz de interactuar con la realidad y disponer los elementos de red de manera dinámica, observando en primera persona el impacto de cada modificación. Para ello esta tesina pretende integrar el conocimiento del iTEAM en simulación y diseño de sistemas, con las nuevas tendencias de desarrollo de juegos. Parte de la tesina será diseñar la interacción y evaluar distintas alternativas y niveles de profundidad de la experiencia virtual de manera que sean útiles para un trabajo eficiente de diseño. Además, se deberá investigar sobre las limitaciones del software utilizado en términos de carga y capacidad de envío remoto del vídeo generado a receptores móviles distantes. Esta solución en red en la nube, se pretende probar en laboratorio.
Creación de Interfaces de Realidad Virtual Móvil en Unity 3D y Validación Experimental de sus Requisitos de Red
(Universitat Politècnica de València, 2018-11-22) Prado Alvarez, Danaisy; Monserrat Del Río, José Francisco; García Roger, David; Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Telecomunicación; Departamento de Comunicaciones; Instituto Universitario de Telecomunicación y Aplicaciones Multimedia
Cell-Free Massive MIMO Power Consumption with Serial Front-Hauls
(MDPI AG, 2024-10) Prado Alvarez, Danaisy; Inca Sánchez, Saúl Adrián; Martín-Sacristán Gandía, David; Monserrat Del Río, José Francisco; Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Telecomunicación; Departamento de Comunicaciones; Instituto Universitario de Telecomunicación y Aplicaciones Multimedia; European Commission; Universitat Politècnica de València
[EN] Massive MIMO deployments have been traditionally based on dedicated links in the front-haul, i.e., between the central processing units and the Access Points (APs). Recently, cell-free massive Multiple-Input Multiple-Output (MIMO) systems based on serial front-haul links have been discussed to simplify the deployments, among other reasons. However, the power consumption models currently used for cell-free massive MIMO deployments typically assume dedicated front-haul links. This paper highlights the inaccuracy of these models when applied to serial front-hauls and proposes simple adaptations to achieve more realistic results. The results obtained for an exemplary scenario show that the front-haul power would represent 61.73% of the total consumed power with the original models. In contrast, with the proposed adaptations, it could be as low as 1.59% of the total consumed power for some serial front-haul configurations. Additionally, the impact of considering APs with lower power consumption is studied, in which case, the percentages above would become 93.15% and 11.96%, respectively. Hence the importance of having power models that fit the front-haul topology.
Received power modelling in ultra-dense networks
(Institution of Electrical Engineers, 2022-05) Prado Alvarez, Danaisy; Antón, Alejandro; Calabuig Soler, Daniel; Monserrat Del Río, José Francisco; Bazzi, Samer; Xu, Wen; Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Telecomunicación; Departamento de Comunicaciones; Instituto Universitario de Telecomunicación y Aplicaciones Multimedia; Escuela Politécnica Superior de Gandia; AGENCIA ESTATAL DE INVESTIGACION; COMISION DE LAS COMUNIDADES EUROPEA
[EN] In received power modelling for system level simulations, the relative orientation of the transmitter and receiver antennas are not generally considered. By doing that, a constant gain of the receiver antenna, independently of the angle of arrival, is implicitly assumed. This is usually of minor relevance for small or low-dense scenarios. However, in ultra-dense deployments, especially those based on cell-free massive multiple-input¿multiple-output architectures where users interact with all access points, the consideration of the antennas relative orientation comes to the forefront. In this paper, the impact of whether to take the receiver antenna gain into account or not for ultra-dense indoor environments with ceiling-mounted antennas are studied. A simple approach to take this gain into account using the antenna effective area is provided. Finally, this approach is compared with that based on antenna radiation patterns.
Millimeter-wave Human Blockage Model Enhancements for Directional Antennas and Multiple Blockers
(Institute of Electrical and Electronics Engineers, 2021-09) Prado Alvarez, Danaisy; Inca Sánchez, Saúl Adrián; Martín-Sacristán Gandía, David; Monserrat Del Río, José Francisco; Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Telecomunicación; Departamento de Comunicaciones; Instituto Universitario de Telecomunicación y Aplicaciones Multimedia; AGENCIA ESTATAL DE INVESTIGACION; COMISION DE LAS COMUNIDADES EUROPEA; UNIVERSIDAD POLITECNICA DE VALENCIA
[EN] The Third Generation Partnership Project (3GPP) has defined a blockage model as an add-on feature to the channel model used in its evaluations of the physical layer in the 0.5-100 GHz frequency range. This letter focuses on the human body blockage losses in the millimeter-wave band proposing: (i) a new criterion to place the diffraction points over the edges of the blockers that considers the precise position of the blocker with regard to the line-of-sight between the transmitter and the receiver, (ii) a specific criterion to determine which potential blockers, from a set of human bodies present in a certain scenario, should be considered effective blockers given the positions of a transmitter, a receiver, and those bodies, and (iii) a modification of the model to provide more accurate estimations in the case in which several blockers are closely located. The validity of our criteria and the accuracy improvement are confirmed by a set of measurements performed at 30 GHz with directional antennas and with multiple human blockers in different positions.
Channel Modelling based on Game Engines Light Physics for mmW in Indoor Scenarios
(IEEE, 2020-03-20) Inca Sánchez, Saúl Adrián; Prado Alvarez, Danaisy; Martín-Sacristán Gandía, David; Monserrat Del Río, José Francisco; Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Telecomunicación; Departamento de Comunicaciones; Instituto Universitario de Telecomunicación y Aplicaciones Multimedia
[EN] The importance of Millimeter Waves (mmW) band for the Fifth Generation (5G) of mobile and wireless communications has motivated a lot of work in mmW channel modelling. In this paper, we assess the use of the light physics modelling of a game engine to calculate the propagation losses at mmW band in an indoor scenario. With that aim, we propose a model that we refer to as Light Intensity Model (LIM), in which a detailed 3D scenario is created in a game engine, radio transmitters and receivers are replaced by light sources and detectors, and the received light intensities are translated to received radio signal power through a translation function which is the key of the model. The results obtained corroborate the validity of the assessed approach to model propagation losses in indoor scenarios
Evaluation methodology for 6G sensing-assisted communication system performance
(Institute of Electrical and Electronics Engineers, 2024) Ramos-Pillasagua, Andrea Fernanda; Mrozowski, Arturo; Prado Alvarez, Danaisy; Monserrat, Jose F.; Zhang, Yunhao; Yu, Ziming; Chen, Yan; Instituto Universitario de Telecomunicación y Aplicaciones Multimedia
[EN] Nowadays, Integrated Sensing and Communication (ISAC) is receiving significant attention in the frame of the Sixth Generation (6G). To assess the performance of future candidate ISAC technologies and to be able to compare them with each other, the standardization of evaluation methodologies is necessary. This paper introduces a suitable methodology for evaluating sensing-assisted communication systems. For this purpose, features similar to those included in the International Telecommunications Union (ITU) recommendation have been adopted, mainly geometry-based stochastic channel modeling and Key Performance Indicator (KPI) selection. The key elements of this evaluation methodology are the existence of a correlation between the sensing and the communication channels and the need for a spatial consistency model to obtain spatially correlated stochastic channels using the geometry-based stochastic model (GBSM). Considering these elements allows a wide range of usage scenarios to be evaluated within the ISAC framework. Finally, to clarify the evaluation procedure, a sensing-assisted channel estimation use case has been presented as an example of the applicability of the proposed methodology. Promising results are presented, where the ISAC solution can outperform a conventional communication system in terms of throughput.