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Tese de Doutorado
DOI
https://doi.org/10.11606/T.3.2021.tde-16072021-121753
Documento
Autor
Nome completo
Euler Edson Apaza Medina
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2021
Orientador
Banca examinadora
Kofuji, Sergio Takeo (Presidente)
Hiramatsu, Roberto Kenji
Oliveira, Alexandre Maniçoba de
Ordoñez, Edward David Moreno
Silva, Flávio de Oliveira
Título em português
Femtocélulas cognitivas em TV white spaces para redes celulares 5G.
Palavras-chave em português
5G
Femtocélulas
Inovações tecnológicas
Rádio cognitivo
Telefonia celular
TV digital
TV white space
Wireless
Resumo em português
Femtocélulas foram propostas para aumentar a capacidade da rede celular, geralmente em ambientes interiores. Elas não são parte do planejamento celular mas utilizam a mesma frequência de operação que a rede macrocelular. Dessa forma, elas podem causar interferência no sistema e a redução dessa interferência é um dos maiores desafios existentes atualmente. Por outro lado, TV White Space (TVWS) refere-se aos intervalos de frequência que são atribuídos ao serviço de radiodifusão de TV, mas que não são utilizados temporalmente em uma determinada área. Neste trabalho propõe-se o uso de TVWS como banda de operação de femtocélulas cognitivas 5G visando eliminar a interferência causada à rede macrocelular. Para isso, inicialmente, foi analisado teoricamente a compatibilidade do sistema 5G NR com a banda de TVWS. Através de medições de campo foi levantada uma visão da ocupação espectral da banda de TV (470 MHz - 698 MHz) na cidade de São Paulo. Esse levantamento mostrou a existência de uma faixa espectral de 126MHz não utilizado em ambientes interiores. A coexistência entre femtocélulas operando em TVWS e o sistema de TV foi analisada em distintos cenários. Em co-canal foi encontrado que é necessária uma certa distância (500m a 1 Km) entre o receptor de TV e o transmissor do sistema femtocelular para evitar interferências. Em canal adjacente, com femtocélulas operando em baixa potência (11dbm), não há interferência significativa perto da estação de TV. Uma nova arquitetura para encontrar TVWS em ambientes interiores é proposta. Esta arquitetura é baseada em banco de dados e tem a vantagem frente a outros métodos de sensoriamento espectral de não utilizar a geolocalização. Finalmente, uma prova de conceito da arquitetura proposta foi desenvolvida utilizando rádios definidos por software. Os padrões utilizados para este estudo foram o padrão de televisão digital ISDB-Tb e o sistema celular de quinta geração 5G (IMT-2020).
Título em inglês
Cognitive femtocells in tv white spaces for 5G cellular networks.
Palavras-chave em inglês
5G
Cognitive radio
Digital television
Femtocells
TV white space
Resumo em inglês
Femtocells have been proposed to increase the capacity of the cellular network, usually in indoor environments. They are not part of cellular planning but use the same operating frequency as the macrocellular network. Thus, they can cause interference in the system, and reducing this interference is one of the biggest challenges currently existing. On the other hand, TV White Space (TVWS) refers to the frequency ranges assigned to the TV broadcasting service but that are not used temporarily in a given area. In this work, we propose using TVWS as an operating band of 5G cognitive femtocells to eliminate the interference caused to the macrocellular network. Initially, the compatibility of the 5G NR system with the TVWS band was theoretically analyzed. Through field measurements, a view of the spectral occupation of the TV band (470 MHz - 698 MHz) in the city of São Paulo was raised. This survey showed the existence of a spectral band of 126MHz not used in indoor environments. The coexistence between femtocells operating in TVWS and the TV system was analyzed in different scenarios. In co-channel, a certain distance (500m to 1 km) is needed between the TV receiver and the transmitter of the femtocellular system to avoid interference. There is no significant interference near the TV station in an adjacent channel with femtocells operating at low power (11dbm). A new architecture to find TVWS indoors is proposed. This architecture is based on a database and has the advantage over other spectral sensing methods of not using geolocation. Finally, a proof of concept of the proposed architecture was developed using software defined radios. The standards used for this study were the ISDB-Tb digital television standard and the 5th generation cellular system 5G (IMT-2020).
 
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Euler_Resumo.pdf (59.55 Kbytes)
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Data de Liberação
2022-01-01
Data de Publicação
2021-07-16
 
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