Latenssin ja luotettavuuden huomioiva radioresurssiallokaatio moniantennijärjestelmissä

Millimetriaaltojen (mmWave) ja ali-terahertzin (sub-THz) tiedonsiirto pohjautuu pääasiallisesti lähettimien ja vastaanottimien välisiin dominantteihin linkkeihin. Tästä johtuen korkeataajuuksisten radiolinkkien herkkyys satunnaisille esteille tekee paikannuksen, luotettavuuden ja latenssin mahdolliset vaatimukset haastaviksi. Tämän lisäksi mobiililaitteiden kestävä ja luotettava energiansaanti täytyy ottaa huomioon.

Työssä tutkitaan koordinoitujen monipistelähetysmenetelmiä (CoMP), mitkä mahdollistavat monen käyttäjän prosessoinnin tilatasossa hajautuneiden etäradioyksiköiden (RRU) yli. Tämä varmistaa tarkan paikannuksen ja latenssirajotteisen luotettavan mmWave-tiedonsiirron, vaikka yksi tai useampi dominanteista linkeistä olisi katveessa. Työssä suunnitellaan esteet huomioivan algoritmin painotetun summatiedonsiirtonopeuden maksimointiin mmWave-tiedonsiirtoon perustuen monen yhden antennin käyttäjän. Työssä tutkitaan vakaata alalinkin rinnakkaista keilanmuodostusta, joka prosessoidaan hajautuneiden etäradioyksikköjen yli, ja joka hyväksikäyttää tilatason makrodiversiteettiä ja ennustetta tiedonsiirtonopeudelle mahdollisten katveisten linkkien suhteen. Lisäksi otetaan huomioon käyttäjäkohtaiset latenssivaatimukset dynaamisessa liityntäverkossa tavoitteena summatehon minimointi. Tämä stokastinen aikakeskiarvojen ongelma muunnetaan peräkkäisiksi aliongelmiksi, jotka ovat deterministisiä ja toisistaan riippumattomia, käyttäen Lyapunov-optimointia.

Työssä kehitetään dynaaminen ohjausalgoritmi, joka mahdollistaa matalan kompleksisuuden suljetun muodon iteratiivisen keilanmuodostusratkaisun tehokkaan toteutuksen. Tämän lisäksi, hyväksikäyttämällä datajonojen ruuhkautumista ja kanavatietoa, toteutetaan CoMP-RRU:n palvelujoukon proaktiivinen ja dynaaminen valikointi. Latenssin ja akun keskinäisriippuvuuteen liittyvää jonodynamiikkaa tutkitaan yhtäaikaisen informaation ja tehonlähetyksen (SWIPT) järjestelmissä, tavoitteena tehdä yhteiskeilanmuodostus- ja tehonjako-optimointia, mikä pyrkii minimoimaan lähettimen summatehokulutuksen. Akun tyhjenemisilmiö vältetään ottamalla etukäteen huomioon vastaanottimen akun tilan ja EH:n vaihtelut resurssiallokaatiosuunnittelussa. Lopuksi tutkitaan ylälinkin CoMP vastaanottokeilanmuodostussuunnittelua solurakenteisiin pohjautuvaan paikannukseen. Työssä johdetaan myös Cramér-Rao -alaraja, mitä vuorostaan käytetään johtamaan rajat paikannuksen tarkkuudelle, ja siten antaa synergiaetua tarkan paikannuksen ja erittäin luotettavan mmWave-tiedonsiirron välille.