Models of spatial selection with diagramming based on positioning in 5G networks Part 1. Beamforming control

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription or Fee Access

Abstract

The present work opens the cycle of researches devoted to spatial selection of devices of ultra-dense radio access networks at diagramming on the basis of positioning. In the first part of the study, the problem of modelling the location-based beamforming control procedures is considered. The simulation modelling resultsallow to scientifically justify the requirements to the dimensionality of antenna arrays on base stations at the given error of mobile devices coordinates estimations.

Full Text

Restricted Access

About the authors

G. A. Fokin

СПбГУТ им. проф. М.А. Бонч-Бруевича

Author for correspondence.
Email: grihafokin@gmail.com

д.т.н., проф.

Russian Federation

D. B. Volgushev

СПбГУТ им. проф. М.А. Бонч-Бруевича

Email: d.volgushev@yandex.ru

исполнитель работ по гранту РНФ

Russian Federation

A. M. Sinilnikov

ФГБУ НИИР, Санкт-Петербургский филиал "ЛОНИИР"

Email: sinilam01@gmail.com

к.т.н., главный инженер НТЦ Спутниковых систем связи, радиомониторинга и вещания

Russian Federation

References

  1. Dreifuerst R.M., Heath R.W. Massive MIMO in 5G: How Beamforming, Codebooks, and Feedback Enable Larger Arrays // IEEE Communications Magazine. 2023. Vol. 61. Iss. 12. PP. 18–23.
  2. Colpaert A., De Bast S., Beerten R., Guevara A.P., Cui Z., Pollin S. Massive MIMO Channel Measurement Data Set for Localization and Communication // IEEE Communications Magazine. 2023. Vol. 61. Iss. 9. PP. 114–120.
  3. Wesemann S., Du J., Viswanathan H. Energy Efficient Extreme MIMO: Design Goals and Directions // IEEE Communications Magazine. 2023. Vol. 61. Iss. 10. PP. 132–138.
  4. Li M., Yuan Z., Lyu Y., Kyösti P., Zhang J., Fan W. Gigantic MIMO Channel Characterization: Challenges and Enabling Solutions // IEEE Communications Magazine. 2023. Vol. 61. Iss. 10. PP. 140–146.
  5. Wu K., Zhang J.A., Huang X., Heath R.W., Guo Y.J. Green Joint Communications and Sensing Employing Analog Multi-Beam Antenna Arrays // IEEE Communications Magazine. 2023. Vol. 61. Iss. 7. PP. 172–178.
  6. Zhang H., Shlezinger N., Guidi F., Dardari D., Eldar Y.C. 6G Wireless Communications: From Far-Field Beam Steering to Near-Field Beam Focusing // IEEE Communications Magazine. 2023. Vol. 61. Iss. 4. PP. 72–77.
  7. Schwarz S., Pratschner S. Multiple Antenna Systems in Mobile 6G: Directional Channels and Robust Signal Processing // IEEE Communications Magazine. 2023. Vol. 61. Iss. 4. PP. 64–70.
  8. Heng Y. et al. Six Key Challenges for Beam Management in 5.5G and 6G Systems // IEEE Communications Magazine. 2021. Vol. 59. Iss. 7. PP. 74–79.
  9. Bang J., Chung H., Hong J., Seo H., Choi J., Kim S. Millimeter-Wave Communications: Recent Developments and Challenges of Hardware and Beam Management Algorithms // IEEE Communications Magazine. 2021. Vol. 59. Iss. 8. PP. 86–92.
  10. Mavromatis I., Tassi A., Piechocki R.J., Nix A. Beam alignment for millimetre wave links with motion prediction of Autonomous Vehicles // Antennas, Propagation & RF Technology for Transport and Autonomous Platforms 2017 (Birmingham, 02-02 February 2017). IET, 2017. PP. 1–8.
  11. Bechta K., Kelner J.M., Ziółkowski C., Nowosielski L. Inter-Beam Co-Channel Downlink and Uplink Interference for 5G New Radio in mm-Wave Bands // Sensors. 2021. Vol. 21. Iss. 3. P. 793.
  12. Bechta K., Ziółkowski C., Kelner J.M., Nowosielski L. Modeling of Downlink Interference in Massive MIMO 5G Macro-Cell // Sensors. 2021. Vol. 21. Iss. 2. P. 597.
  13. Garcia N., Wymeersch H., Ström E.G. and Slock D. Location-aided mm-wave channel estimation for vehicular communication // 2016 IEEE 17th International Workshop on Signal Processing Advances in Wireless Communications (SPAWC) (Edinburgh, UK, 03-06 July 2016). IEEE, 2016. PP. 1–5.
  14. Фокин Г.А. Процедуры выравнивания лучей устройств 5G NR // Электросвязь. 2022. № 2. С. 26–31.
  15. Фокин Г.А. Модели управления лучом в сетях 5G NR. Часть 1. Выравнивание лучей при установлении соединения // ПЕРВАЯ МИЛЯ. 2022. № 1 (101). С. 42–49.
  16. Фокин Г. Модели управления лучом в сетях 5G NR. Часть 2. Выравнивание лучей при ведении радиосвязи // ПЕРВАЯ МИЛЯ. 2022. № 3 (103). С. 62–69.
  17. Фокин Г.А. Комплекс моделей и методов позиционирования устройств в сетях пятого поколения. Дис. докт. техн. наук. СПб: СПбГУТ, 2021. 499 c.
  18. Фокин Г.А., Волгушев Д.Б. Имитационная модель двух радиолиний с диаграммообразованием на основе позиционирования в сетях 5G // ПЕРВАЯ МИЛЯ. 2023. № 7 (115). С. 38–47.
  19. Фокин Г.А. Концепция диаграммообразования на основе позиционирования в сетях 5G // Вестник связи. 2022. № 10. С. 1–7.
  20. Фокин Г.А. Моделирование сверхплотных сетей радиодоступа 5G с диаграммообразованием // T-Comm-Телекоммуникации и Транспорт. 2021. Т. 15. № 5. С. 4–21.
  21. Фокин Г.А. Модели диаграммообразования в сверхплотных сетях радиодоступа 5G. Часть 1. Оценка помех // ПЕРВАЯ МИЛЯ. 2021. № 3(95). С. 66–73.
  22. Фокин Г.А. Модели диаграммообразования в сверхплотных сетях радиодоступа 5G. Часть 2. Оценка разноса устройств // ПЕРВАЯ МИЛЯ. 2021. № 4(96). С. 66–73.
  23. Фокин Г.А. Диаграммообразование на основе позиционирования в сверхплотных сетях радиодоступа миллиметрового диапазона. Часть 1. Модель двух радиолиний // Труды учебных заведений связи. 2023. Т. 9. № 4. С. 44–63.
  24. Фокин Г.А. Диаграммообразование на основе позиционирования в сверхплотных сетях радиодоступа миллиметрового диапазона. Часть 2. Модель совокупности радиолиний // Труды учебных заведений связи. 2023. Т. 9. № 5. С. 43–64.
  25. Mailloux R.J. Phased Array Antenna Handbook. 3rd Ed. Artech House. 2017. 691 p.
  26. Balanis C.A. Antenna theory: analysis and design. John Wiley & Sons. 2016. 1104 p.
  27. Gross F. Smart Antennas for Wireless Communications: With MATLAB. McGraw-Hill Professional. 2005. 288 p.
  28. Trees Van H.L. Optimum array processing: Part IV of detection, estimation, and modulation theory. John Wiley & Sons. 2004. 1472 p.
  29. Модели пространственной селекции с диаграммообразованием на основе позиционирования в сетях 5G. [Электронный ресурс]. URL: https://github.com/grihafokin/LAB_spatial_selection_rus (дата обращения 28.02.2024).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig.1. Spatial selection scenario for two gNB→UE radio lines with diagram formation based on positioning

Download (276KB)
Indexing metadata
3. Fig.2. The scenario for controlling the maximum of the DN at a spacing of Δy = 10 m: a – at the beginning of the trajectory of the UE; b – in the middle of the UE trajectory

Download (339KB)
Indexing metadata
4. Fig.3. The scenario of controlling the maximum and zero days at a spacing of Δy = 10 m: a – at the beginning of the trajectory UE; b – in the middle of the trajectory of the UE

Download (331KB)
Indexing metadata
5. Fig.4. The effect of OK accuracy on SIR when controlling the shape of the beam: a – control of the maximum and maximum and zero days with RMSE = 0 m; b – control of the maximum and maximum and zero days with RMSE = 10 m; c – control of the maximum and zero DAYS with RMSE = 0 m and RMSE = 10 m

Download (741KB)
Indexing metadata
6. Fig.5. The efficiency of controlling the shape of the beam: a – the average SIRavg ratio for controlling the maximum and maximum and zero days; b – the gain of ΔSIRavg when controlling the maximum and zero DAYS compared with controlling only the maximum days

Download (475KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Fokin G.A., Volgushev D.B., Sinilnikov A.M.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies