In the thesis, the user body effect on antennas in a mobile terminal is discussed. In order to overcome the degradation of Multiple-Input Multiple-Output (MIMO) performance due to the user body effect, a quad-elements MIMO antenna array which can mitigate the body effect through an adaptive antenna switching method is introduced for 4G mobile terminals. In addition, various bezel MIMO antennas that are robust to the impedance mismatching caused by the user effect have also been presented. The study of user body effect is later extended to frequency bands at 15 GHz and 28 GHz for future 5G communication systems. The results reveal that a human body will cause a significant shadowing loss, which will be a critical loss in 5G cellular networks. The electromagnetic field (EMF) exposure of a mobile terminal is also studied in this thesis. Below 6 GHz, the simultaneous transmission specific absorption rate (SAR) for MIMO antennas is the primary concern due to its complicated assessment procedures. Above 6 GHz, the free space power density is adopted as the basic parameter of exposure limits globally, and preliminary studies have been presented to address major challenges in EMF exposure assessment for 5G mobile terminals. / <p>QC 20171005</p>

Předkládaná disertační práce je zaměřena na \uv{Modelování propagačního kanálu pro off-body komunikaci v oblasti milimetrových vln}. Navzdory pokrokům v rámci bezdrátových sítí v přímé blízkosti člověka stále systémy 5. generace postrádají dostatečnou šířku pásma a dostatečně nízkou odezvu. To je způsobeno neefektivním využíváním rádiového spektra. Tento nedostatek je potřeba co nejdříve odstranit a právě z tohoto důvodu je hlavním cílem této práce navrhnout vylepšený model rádiového kanálů pro off-body komunikaci. Úkolem tohoto modelu je umožnit uživatelům efektivněji a přesněji simulovat propagaci signálu v rámci daného prostředí. Navržený model je dále optimalizován a ověřen vůči nejnovějším měřením, získaným z literatury. Nakonec je tento model implementován do simulačního nástroje NS-3, pomocí kterého je následně využit k simulaci množství scénářů. Hlavním výstupem této práce je ověřený model přenosového kanálu pro off-body komunikaci v rámci milimetrových vln, společně s jeho implementací do simulačního nástroje NS-3, díky čemuž je dostupný pro širokou veřejnost.

<p>Future wireless applications will require networks to provide high rates, reduced power consumption, reliable communications, and low latencies in a wide range of deployment scenarios. To support the never-ending growth in wireless data traffic, a solution is to operate wireless networks on the wide bandwidth available at higher frequencies, e.g., millimeter wave (mmWave) and sub-terahertz (sub-THz) bands. However, new challenges arise as networks operating at higher frequencies experience harsher propagation characteristics. To compensate for such severe signal attenuation, the directional beamforming via massive multipleinput multiple-output (MIMO) is adopted to provide array gains, but it necessitates accurate MIMO channel state information incurring unacceptably large training overhead. Wireless system engineers will require to develop fast and efficient channel training algorithms for massive MIMO systems. Another new challenge arises in scenarios without a direct link between the source and destination due to serious pathloss, which requires cooperative relay beamforming to enhance the communication coverage. The beamforming weights of the distributed relays and the receive combiner can be jointly optimized to enhance Quality-of-Service in multi-user relay beamforming networks. Our contributions cover three specific topics as follows: First, we develop a learning-based beam alignment approach, which enables the position-aided beam recommendation to support users at new positions, to reduce the training overhead in MIMO systems. Second, we propose a compressed training framework to estimate the time-varying sub-THz MIMO-OFDM channels with dual-wideband effect. Lastly, we propose a joint relay beamforming and receive combiner design, considering an optimization problem formulation that maximizes the minimum of the receiving signal-to-interference-plus-noise ratios among multiple users. In each specific topic, we provide the algorithms and show the numerical results to demonstrate the improved performance over the state-of-the-art techniques.</p>

With the accessibility to generous spectrum and development of high gain antenna arrays, wireless communication in higher frequency bands providing multi-gigabit short range wireless access has become a reality. The directional antennas have proven to reduce losses due to interfering signals but are still exposed to blockage events. These events impede the overall user connectivity and throughput. A mobile blocker such as a moving vehicle amplifies the blockage effect. Modelling the blockage effects helps in understanding these events in depth and in maintaining the user connectivity. This thesis proposes the use of a four state channel model to describe blockage events in high-frequency communication. Two deep learning architectures are then designed and evaluated for two possible tasks, the prediction of the signal strength and the classification of the channel state. The evaluations based on simulated traces show high accuracy, and suggest that the proposed models have the potential to be extended for deployment in real systems. / Med tillgängligheten till generöst spektrum och utveckling av antennmatriser med hög förstärkning har trådlös kommunikation i högre frekvensband som ger multi-gigabit kortdistans trådlös åtkomst blivit verklighet. Riktningsantennerna har visat sig minska förluster på grund av störande signaler men är fortfarande utsatta för blockeringshändelser. Dessa händelser hindrar den övergripande användaranslutningen och genomströmningen. En mobil blockerare såsom ett fordon i rörelse förstärker blockeringseffekten. Modellering av blockeringseffekter hjälper till att förstå dessa händelser på djupet och bibehålla användaranslutningen. Denna avhandling föreslår användning av en fyrstatskanalmodell för att beskriva blockeringshändelser i högfrekvent kommunikation. Två djupinlärningsarkitekturer designas och utvärderas för två möjliga uppgifter, förutsägelsen av signalstyrkan och klassificeringen av kanalstatusen. Utvärderingarna baserade på simulerade spår visar hög noggrannhet och föreslår att de föreslagna modellerna har potential att utökas för distribution i verkliga system.

This master´s thesis is focused on the ways of possible realisation of the directive horn antenna with suppressed side lobes in the frequency bands 71-76 GHz and 81-86 GHz. In this thesis a detailed research of the feasible options including parameters comparison and assessment of pros and cons of the particular solutions has been performed. Among the specified technical requirements, the emphasis has been placed on the manufacturing options and low cost availability of the materials applicable for the given antenna. The main part of the thesis deals with the conical horn antenna loaded with a hyperbolic dielectric lens, further the antenna with flat dielectric lens based on a transmitarray and also the integrated elliptical lens antenna. The following part of the thesis deals with the possibilities of characterizing the properties of the dielectric material of the lens.

No description available.

In-band full duplex is a new duplexing scheme that allows radio nodes to transmit and receive, utilizing the same frequency and time resources. The implementation of in-band full duplex was not feasible in practice, due to the effect of self-interference. But then, advances in signal processing made it possible to reduce this effect. However, the system level performance of in-band full duplex has not been investigated thoroughly.Through computer simulations, we investigate the performance of in-band full duplex, for indoor 5G small cell wireless networks. We examine the performance of in-band full duplex in comparison to dynamic and static time division duplexing. Additionally, we analyze the performance of the duplexing schemes with two interference mitigation techniques, namely beamforming and interference cancellation.Our results indicate that for highly utilized wireless networks, in-band full duplex should be combined with beamforming and interference cancellation, in order to achieve a performance gain over traditional duplexing schemes. Only then, in-band full duplex is considered advantageous, at any network utilization, and any downlink to uplink traffic demand proportion. Our results also suggest that in order to achieve a performance gain with in-band full duplex in both links, the transmit power of the access points should be comparable to the transmit power of the mobile stations. / Inomband hel duplex är en ny typ av duplexmetod som tillåter radionoder att sända och ta emot i samma frekvensoch tidsresurs. Att implementera inomband hel duplex har fram tills nu inte ansetts praktiskt genomförbart till följd av självstörningar. Framsteg inom signalbehandling har dock gjort det möjligt att begränsa denna självstörningseffekt. Emellertid har systemprestanda av inomband hel duplex inte undersökts tillräckligt noga i tidigare verk.Inomband hel duplex och dess prestanda för trådlösa 5G småcellsnätverk inomhus har studerats med hjälp av datasimuleringar och jämförts med dynamisk och statisk tidsdelning. Utöver detta har prestanda för de olika duplexmetoderna med avseende på två tekniker för störningsundertryckning, lobformning och störningseliminering, också undersökts.Våra resultat indikerar att för trådlösa nätverk med högt radioresursutnyttjande bör inomband hel duplex kombineras med lobformning och störningseliminering för att uppnå en prestandavinst jämfört med traditionella duplexmetoder. Bara då kan inomband hel duplex anses vara fördelaktig oberoende av radioresursutnyttjande och andelen upp- och nedlänkstrafik.Resultaten tyder också på att sändareffekten för radioaccesspunkterna bör vara jamförbar med den för mobilenheterna för att en prestandavinst med inomband hel duplex ska kunna uppnås. / Wireless networks, In-band full duplex, Static-time division duplexing, Dynamic-time division duplexing, Interference mitigation techniques, small cell, 5G, mmWave bands, Beamforming, Interference cancellation.

[ES] Las redes móviles de quinta generación (5G) destacan por su robustez, superando las prestaciones ofrecidas por sus predecesoras. Estas redes, comúnmente denominadas 5G, posibilitan mejoras significativas en los indicadores clave de rendimiento (KPIs, por sus siglas en inglés) con el propósito de respaldar casos de uso y servicios avanzados. Estos KPIs se clasifican en tres escenarios fundamentales: Banda Ancha Móvil Mejorada (eMBB, por sus siglas en inglés), Comunicaciones Ultra Fiables y de Baja Latencia (uRLLC, por sus siglas en inglés) y Comunicaciones Masivas entre Máquinas (mMTC, por sus siglas en inglés). El escenario eMBB se orienta primordialmente hacia servicios que demandan elevadas tasas de transmisión y recepción para garantizar una experiencia de usuario mejorada. En contraste, uRLLC aborda situaciones que requieren estrictos estándares de baja latencia y alta confiabilidad en la red, como es el caso de aplicaciones en tiempo real, donde la pronta respuesta de la red es indispensable. Por su parte, el escenario mMTC se refiere a aplicaciones y servicios que solicitan el respaldo de la red para la conectividad masiva de dispositivos por kilómetro cuadrado, además de una eficiencia energética mejorada. Entre los servicios y aplicaciones más destacados, se encuentran aquellos basados en comunicaciones vehiculares mediante la red celular, conocidos en el estándar como comunicaciones V2X. En términos generales, la comunicación V2X engloba el intercambio de paquetes entre vehículos y diversos elementos de la red. Cuando estas comunicaciones se efectúan mediante estándares basados en redes móviles, ya sea en LTE o NR, la interfaz radio de 5G, se denominan C-V2X. En este contexto, las comunicaciones Vehículo a Vehículo (V2V) posibilitan el intercambio de paquetes entre vehículos, mientras que las comunicaciones de Vehículos con Infraestructuras (V2I) facilitan el intercambio entre vehículos e infraestructuras de red. Por su parte, las comunicaciones de Vehículos con Peatones (V2P) comprenden la transferencia de paquetes entre vehículos y dispositivos portados por peatones, y las comunicaciones Vehículo a Red (V2N) permiten el intercambio de tráfico V2X entre vehículos y la red. Cada tipo de comunicación posibilita la implementación de diversos servicios, desde funciones básicas hasta aplicaciones avanzadas que exigen potenciales requerimientos por parte de la red. En esta Tesis Doctoral, se llevó a cabo una revisión exhaustiva del estándar para comunicaciones V2X LTE y NR V2X, destacando particularmente los modos de comunicación descentralizados, como se mencionó anteriormente. Posteriormente, se realizó una campaña de simulaciones a nivel de sistema para configurar escenarios V2X conforme a las especificaciones del 3GPP. Los resultados obtenidos permitieron evidenciar que las prestaciones del modo 4 en LTE son adecuadas para servicios básicos que no requieren un alto throughput, bajas latencias o estrictos criterios de fiabilidad en la red. En contraste, mediante el modo 2 de NR V2X, se observó un rendimiento mejorado, lo que permite la adaptación a servicios V2X avanzados. Asimismo, se demostró que altas numerologías contribuyen a un mejor comportamiento del sistema al proporcionar una mayor diversidad de recursos, reduciendo la probabilidad de que dos vehículos utilicen los mismos recursos para sus transmisiones en el modo descentralizado. Además, se comprobó que en NR V2X es crucial una combinación adecuada de numerologías, anchos de banda de canal y tamaño de los subcanales sidelink, según los servicios V2X a implementar. Finalmente, se analizó la incorporación de tecnologías de múltiples accesos radio (multi-RAT) con el fin de respaldar servicios avanzados y mejorar la interoperabilidad mediante el uso de tecnologías de acceso basadas en LTE y NR, especialmente en escenarios con múltiples operadores de red móvil (MNOs), interfaces de conexión y modos de comunicación. / [CA] Les xarxes mòbils de cinquena generació (5G) destaquen per la seva robustesa, superant les característiques que ofereixen els seus predecessors. Aquestes xarxes, comunament anomenades 5G, permeten millores significatives en els indicadors de rendiment clau (KPI) per donar suport a casos i serveis d'ús avançats. Aquests KPI es classifiquen en tres escenaris fonamentals: banda ampla mòbil millorada (eMBB), comunicacions de baixa latència i fiabilitat (uRLLC) i comunicacions massives entre màquines (mMTC). L'escenari eMBB s'orienta principalment a serveis que exigeixen altes taxes de transmissió i recepció per garantir una millor experiència d'usuari. En canvi, uRLLC aborda situacions que requereixen estàndards estrictes de baixa latència i alta fiabilitat de la xarxa. Aquesta necessitat es manifesta, per exemple, en aplicacions en temps real on la resposta ràpida a la xarxa és un factor indispensable. Pel que fa a l'escenari mMTC, es refereix a aplicacions i serveis que sol·liciten suport de xarxa per a una connectivitat massiva de dispositius per quilòmetre quadrat, a més d'una millora de l'eficiència energètica. Entre els serveis i aplicacions esmentats, destaquen els basats en comunicacions vehiculars a través de la xarxa cel·lular, coneguts segons la norma com a comunicacions V2X. En termes generals, la comunicació V2X engloba l'intercanvi de paquets entre vehicles i diversos elements de xarxa. Quan aquestes comunicacions es realitzen utilitzant estàndards basats en xarxes mòbils, ja sigui en Evolució a llarg termini (LTE) o Nova Ràdio (NR), s'anomenen C-V2X. En aquest context, les comunicacions Vehicle-to-Vehicle (V2V) permeten l'intercanvi de paquets entre vehicles, mentre que les comunicacions Vehicle-to-Infraestructura (V2I) faciliten l'intercanvi entre vehicles i infraestructures de xarxa. Per la seva banda, les comunicacions Vehicle-to-Pedestrian (V2P) inclouen la transferència de paquets entre vehicles i dispositius transportats per vianants, i les comunicacions Vehicle a Xarxa (V2N) permeten l'intercanvi de trànsit V2X entre vehicles i la xarxa. Cada tipus de comunicació permet la implementació de diversos serveis, des de funcions bàsiques fins a aplicacions avançades que requereixen possibles requisits de la xarxa. En aquesta tesi, es va dur a terme una revisió exhaustiva de les directrius estàndard per a les comunicacions V2X LTE i NR V2X, destacant especialment els modes de comunicació descentralitzats, com s'ha esmentat anteriorment. Posteriorment, es va dur a terme una campanya de simulació a nivell de sistema per configurar escenaris V2X segons les especificacions del Projecte d'Associació de Tercera Generació (3GPP). Els resultats obtinguts van mostrar que el rendiment del mode 4 en LTE és adequat per a serveis bàsics que no requereixen un alt rendiment, latències baixes o criteris estrictes de fiabilitat de la xarxa. En canvi, es va observar un rendiment millorat mitjançant el mode 2 NR V2X, permetent l'adaptació a serveis V2X avançats. A més, s'ha demostrat que les numerologies altes contribueixen a un millor rendiment, proporcionant una major diversitat de recursos i reduint la probabilitat que dos vehicles utilitzin els mateixos recursos per a les seves transmissions en mode descentralitzat. A més, es va trobar que a NR V2X una combinació adequada de numerologies, amplades de banda del canal i mida dels subcanals SL és crucial, depenent dels serveis V2X a implementar. Finalment, es va analitzar la incorporació de múltiples tecnologies d'accés a la ràdio (multi-RAT) per donar suport a serveis avançats i millorar la interoperabilitat mitjançant l'ús de tecnologies d'accés basades en LTE i NR, especialment en escenaris amb múltiples operadors de xarxa mòbil (MNO), diferents interfícies de connexió i modes de comunicació. / [EN] Fifth-generation mobile networks, commonly referred to as Fifth Generation (5G), are known for their robustness and surpassing the performance of their predecessors. They enable significant improvements in Key Performance Indicators (KPIs) to support advanced use cases and services. These KPIs are classified into three fundamental scenarios: Enhanced Mobile Broadband (eMBB), Ultra-Reliable and Low Latency Communications (uRLLC), and massive Machine Type Communications (mMTC). The eMBB scenario focuses on services that require high transmission and reception rates to improve the user experience. In contrast, uRLLC addresses situations that demand strict low latency and high-reliability standards in the network. This need is particularly evident in real-time applications where prompt network response is essential. The mMTC scenario pertains to applications and services that require network support for massive device connectivity per square kilometer and enhanced energy efficiency. In particular, services and applications based on vehicular communications via the cellular network, referred to as Vehicle-to-everything (V2X) communications in the standard, are prominent. V2X communication refers to the communication between vehicles and infrastructures. When using mobile network standards such as Long Term Evolution (LTE) or New Radio (NR), it is referred to as Cellular-based V2X (C-V2X). Vehicle-to-Vehicle (V2V) communication enables packet exchange between vehicles, while Vehicle-to-Infrastructure (V2I) facilitates the exchange between vehicles and network infrastructures. Vehicle-to-Pedestrian (V2P) and Vehicle-to-Network (V2N) are two other types of communication that enable the transfer of packets between vehicles and devices carried by pedestrians and the exchange of V2X traffic between vehicles and the network, respectively. These types of communication enable the implementation of various services, from basic functions to advanced applications with potential network requirements. This thesis provides a comprehensive review of the standard guidelines for V2X LTE and NR V2X communications, with a particular focus on the decentralized communication modes mentioned above. Following this, system-level simulations were conducted to configure V2X scenarios according to 3GPP specifications. The results indicate that LTE mode 4 is sufficient for essential services that do not require high throughput, low latencies, or strict network reliability criteria. On the other hand, NR V2X mode 2 showed improved performance, allowing adaptation to advanced V2X services. High numerologies have been shown to contribute to better performance by providing greater resource diversity and reducing the probability that two vehicles use the same resources for their transmissions in decentralized mode. Additionally, it was found that in NR V2X, an adequate combination of numerologies, channel bandwidths, and sidelink subchannel sizes is crucial, depending on the V2X services to be implemented. Finally, the incorporation of multiple Radio Access Technologies (multi-RAT) was analyzed to support advanced services and improve interoperability through the use of LTE and NR-based access technologies, especially in scenarios with multiple Mobile Network Operators (MNOs), connection interfaces, and communication modes. / González Malla, EE. (2024). Performance Evaluation of 3GPP Standards for C-V2X Communications [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/214051