Redes cell-free massive mimo auxiliadas por noma: estudo da não-reciprocidade e da coexistência com oma

Segundo a Ericsson, espera-se que a tecnologia de acesso móvel 5G atinja 6,3 bilhões de assinaturas até 2030, representando 80% do tráfego móvel total. Esse aumento é decorrente da crescente demanda por maior capacidade de tráfego de dados, projetada para atender aos requisitos da próxima geração de redes móveis. Nesse contexto, pode-se aumentar a largura de banda utilizando frequências portadoras mais altas ou utilizar a largura de banda de forma mais eficiente por meio de técnicas como, múltiplas-entradas múltiplas-saídas massivas livres de células- cell free massive Multiple-Input Multiple-Output (MIMO) e acesso múltiplo não-ortogonal- Non-Orthogonal Multiple Access (NOMA). O cell-free massive MIMO utiliza antenas distribuídas para atender usuários de forma conjunta e coordenada, eliminando o conceito de células e melhorando a eficiência espectral- Spectral Efficiency (SE). Operando sob duplexação por divisão de tempo, exige sequências piloto ortogonais para estimativa de canal a fim de evitar interferências. Entretanto, em cenários práticos, o número de usuários excede as sequências piloto disponíveis, resultando em um problema conhecido como contaminação de pilotos, que degrada o desempenho do sistema. O NOMA pode auxiliar na mitigação desse problema, permitindo que vários usuários compartilhem os mesmos recursos. Nesse contexto, esta tese concentra-se em duas linhas principais de investigação buscando contribuir para o avanço do 6G e das redes futuras. A primeira examina as não-reciprocidades do canal efetivo devido aos descasamentos de hardware em sistemas cell-free massive MIMO operando com NOMA que faz com que os canais sejam percebidos como não-recíprocos. Assim, são avaliados não-reciprocidades de fase e amplitude no transmissor e do receptor considerando canais com desvanecimento lento. Ao empregar pré-codificadores de transmissão de taxa máxima- Maximum Ratio Transmission (MRT) normalizados pelas estatísticas de canal para pontos de acesso- Access Points (APs) de antena única e múltipla, o estudo revela como não-reciprocidades práticas afetam o desempenho de sistemas cell-free massive MIMO–NOMA. A segunda linha de investigação apresenta um método híbrido adaptativo que combina acesso múltiplo ortogonal- Orthogonal Multiple Access (OMA) e NOMA em sistemas cell-free massive MIMO, permitindo a alternância entre os modos durante as fases de estimação de uplink e a transmissão de downlink. Essa abordagem de acesso híbrido e simultâneo mitiga a contaminação de pilotos, otimiza a alocação de recursos e equilibra o número de usuários atendidos com taxas atingíveis aceitáveis. É proposta uma política de decisão em tempo real que alterna entre OMA e NOMA com base nos parâmetros de número de usuários e no número de sequências pilotos disponíveis. Em linhas gerais, a tese contribui com expressões de forma fechada para os limites inferiores da relação sinal-interferência mais-ruído (SINR) e SE, destacando que a não-reciprocidade de fase no AP afeta significativamente o desempenho do sistema. Um modelo híbrido adaptativo eficaz é desenvolvido para melhorar a alocação de recursos e a taxa de soma de dados, fornecendo diretrizes práticas de implementação para futuras aplicações em sistemas cell-free massive MIMO.