Accurate Modeling and Simulation in mmWave Cellular Networks for Spectrum Sharing and Antenna Designs

Con l’aumentare del traffico dati e la crescita delle connessioni tra dispositivi, un nuovo standard per reti cellulari, chiamato 5G, è stato definito in modo da soddisfare i flussi dati richiesti. L'installazione del nuovo standard è già iniziata in molti paesi del mondo. Il nuovo standard introduce molte sfide dovute alla sua complessità. Tali sfide riguardano la sua fattibilità, e vengono introdotte anche problematiche dovute alle nuove tecnologie adottate. In questa tesi, dopo un primo studio che mette in evidenza come le prestazioni di uno scenario millimeter-wave siano molto correlate ai modelli di canale e di propagazione dell’antenna usati, ci focalizzeremo su alcune nuove problematiche. Presenteremo soluzioni innovative con scenari simulati che saranno esaminati a fondo con l’uso di figure e grafici in modo da confrontare le prestazioni delle varie procedure. In particolare, investigheremo (i) diversi approcci di condivisione della banda, (ii) aspetti relativi al design dell’array di antenne e (iii) un’analisi stocastica per scenari che usano onde millimetriche.

With the increasing demand for data and the growth of the connections between devices, a new generation of mobile networks, denominated 5G, has been defined to reach the high data rates required. Its deployment has already begun all around the world. The new standard presents many challenges due to its complexity, ranging from the concerns about its feasibility to the issues related to the new features introduced. In this thesis, after investigating how an accurate modeling of both the channel environment and the antenna propagation pattern strongly affect the simulated millimeter-wave scenario, some of the new issues are studied. We will present innovative solutions that will be examined in depth though figures and graphs which will be used to compare the performance of all the considered procedures. In this respect, we examine (i) different spectrum sharing approaches, (ii) some antenna array designs aspects and (iii) a stochastic geometry mmWave analysis.