Valutazione e sperimentazione della modulazione filterbank multi-carrier in in una piattaforma software-defined radio

In the coming years, the way in which mobile communication is intended will undergo a revolution: practically every object will be connected to the network, and besides the devices controlled by users, we will have an enormous number of devices which autonomously communicate with each other. This differentiation in the scenarios and in the possible use cases represents the main incentive to the design of the new fifth generation mobile communication system, commonly named 5G. In this context, the goal of the european project METIS is to define the 5G mobile communications standards, which will have to satisfy the needs of society starting from 2020. Within the METIS project, several modulation techniques have been proposed, which were proved to have remarkable effects on the efficiency of the new networks, and to be able to satisfy much more severe requirements in terms of speed and latency. This thesis work, finding its origins in the theoretical work of METIS, aims to evaluate the performances of the new modulation technique Filterbank Multi-carrier (FBMC). This modulation system will be evaluated in different communication scenarios, typical of the new networks. In particular, this study is not limited to the theoretical and simulation fields, but comprises the implementation of such modulation on a hardware test bench constituted by a Software-Defined Radio platform. The latter is a new devices class whose radio functionality is software-defined, matching with the heterogeneity properties of the 5G networks. The results achieved are related to a comparison between the performances of this technique, and those obtained when using the two alternative modulation techniques candidate to 5G, in the different analyzed scenarios.

Nei prossimi anni si avrà una rivoluzione nel modo di intendere la comunicazione mobile: praticamente qualsiasi oggetto sarà connesso alla rete, e i dispositivi comandati dagli utenti saranno affiancati da un enorme numero di dispositivi che comunicano autonomamente fra loro. Questa differenziazione di scenari e possibili casi d’uso rappresenta la principale spinta alla progettazione del nuovo sistema di comunicazione mobile di quinta generazione, o più semplicemente 5G. In questo ambito, il progetto europeo METIS ha il compito di definire gli standard delle comunicazioni mobili 5G, che dovranno soddisfare le necessità della società a partire dal 2020. In METIS sono stati proposti diverse tecniche di modulazione che hanno dimostrato di avere notevole impatto sull’efficienza delle nuove reti, e di poter soddisfare al meglio i requisiti di velocità e latenza molto più stringenti. Questo lavoro di tesi parte dunque dal lavoro teorico del METIS per valutare le prestazioni della nuova tecnica di modulazione Filterbank Multi-carrier (FBMC). Tale sistema di modulazione viene valutato in distinti scenari di comunicazione peculiari delle nuove reti. In particolare, lo studio non si limita all’ambito teorico e simulativo, ma si estende all’implementazione di tale modulazione in un banco di prova hardware costituito da una piattaforma Software-Defined Radio. Questa è una nuova classe di dispositivi in cui le funzionalità della radio è definita mediante software, che dunque si addice alle caratteristiche di eterogeneità delle reti 5G. I risultati ottenuti riguardano il confronto delle prestazioni con quelle ottenute tramite le altre due modulazioni candidate al 5G, nei distinti scenari analizzati.