MIMO-tiedonsiirron energiatehokkuuden analysointi ja parannukset mobiiliverkoissa

Energiatehokkuus on asetettu yhdeksi päätavoitteeksi moderneissa mobiiliverkoissa. 5G-vaatimusten mukaan energiankulutus ei saisi nousta nykyisten tietoliikenneverkkojen tasosta, vaikka datan määrä 5G-verkoissa tuleekin olemaan huomattavasti suurempi. Väitöskirja osaltaan auttaa näiden tavoitteiden saavuttamisessa tarjoamalla menetelmiä ja työkaluja linkin energiatehokkuuden analysointiin sekä ehdottamalla parannuksia MIMO-tukiasemille. Tehovahvistimet kuluttavat suurimman osan tavallisten makrotukiasemien tehosta.

Väitöskirjan ensimmäisessä osassa analysoidaan tehovahvistimien keskimääräistä hyötysuhdetta tehoadaptiivisissa tiladiversiteettijärjestelmissä sekä esitetään uusi metriikka, tehovahvistimen sisään tulevan tehon ja vastaanottimen kohinatehon suhde (PA input SNR). Tämän metriikan avulla voidaan tehovahvistimen epäideaalinen hyötysuhde ottaa huomioon tietoliikennelinkin suorituskyvyn arvioinnissa. Väitöskirjassa näytetään useamman esimerkin avulla, kuinka hyöty lähetystehon adaptoinnista häviää, kun käytetään matalan hyötysuhteen tehovahvistimia.

Väitöskirjan toisessa osassa esitetään lukuisia tapoja parantaa modernien tukiasemien energiatehokkuutta. Erityisesti keskitytään massiivi-MIMO-tukiasemiin, joita on lisääntyvissä määrin asennettu 5G-järjestelmiin parantamaan alueellista spektritehokkuutta. Massiivi-MIMO-tukiasemien energiatehokkuutta voidaan parantaa adaptoimalla aktiivisena olevien antennien ja näihin kytkettyjen RF-osien lukumäärää riippuen siitä, kuinka montaa käyttäjää palvellaan yhtä aikaa. Väitöskirjassa esitetään kaksi uutta menetelmää tämän tyyppisiin adaptiivisiin massiivi-MIMO-järjestelmiin. Lisäksi näytetään, että nämä menetelmät parantavat energiatehokkuutta huomattavasti.