Network planning models for RIS-assisted mm-wave IAB networks

The fifth generation of cellular networks will lead the offered services to levels that were never reached before by the previous generations: thanks to the width of the available spectrum in the millimeter waves band, the data transmission speeds will be significantly higher compared to the ones that are currently used. To fully take advantage of the potential of this spectrum portion, further studies are needed, aimed at the development of the technology necessary to reach the desired performances. Having a reliable radio signal propagation is especially important; at these frequencies, it cannot be carried out for long distances. For this purpose, the standardization of the IAB network (Integrated Access and Backhaul) made the extension of the transmission radius possible thanks to multi-hop routing achieved through network densification. This doesn't prevent connection losses due to unexpected obstacles hindering communication by interacting with the small wavelength. Related to this, several recent studies have been performed regarding RIS (Reconfigurable Intelligent Surfaces), planar surfaces with electromagnetic features not found in nature, capable of reflecting the incident waves in the intended direction. This innovative technology can be useful in redirecting the paths that are not the Line of Sight one, contributing to the improvement of the power at the receiver. In this thesis, we propose a network planning optimization model introducing RIS as a way of increasing resilience to interruption due to obstacles in a IAB network context, comparing it to another model that doesn't make use of RISs. Finally, we analyze the obtained results with metrics that are sensitive to the differences between the two models, and we draw the conclusions.

La quinta generazione di reti mobili porterà a livelli mai raggiunti dalle generazioni precedenti i servizi offerti: grazie alla larghezza dello spettro disponibile alle frequenze delle onde millimetriche, le velocità di trasmissione dati cresceranno significativamente rispetto a quelle attualmente usate. Per poter sfruttare appieno le potenzialità di questa porzione di spettro, sono necessari ulteriori studi, mirati allo sviluppo delle tecnologie che permetteranno di raggiungere le prestazioni desiderate. In particolare, è fondamentale rendere affidabile la propagazione dei segnali radio che, a queste frequenze, non può essere effettuata su lunghe distanze. A questo scopo, la standardizzazione della rete IAB (Integrated Access and Backhaul) ha reso possibile un'estensione del raggio di trasmissione grazie a un instradamento multi-hop effettuato tramite densificazione della rete. Ciò non evita le perdite di connettività dovute ad ostacoli imprevisti che, interagendo con le ridotte lunghezze d’onda, interrompono la comunicazione. A tal proposito numerosi recenti studi sono stati effettuati a riguardo delle RIS (Reconfigurable Intelligent Surfaces), superfici planari con caratteristiche elettromagnetiche non replicabili in natura, in grado di riflettere le onde incidenti nella direzione desiderata. Questa tecnologia innovativa può essere utile nel ridirezionare i percorsi alternativi a quello in linea di vista, contribuendo a migliorare la potenza in ricezione. In questa tesi, proponiamo un modello di ottimizzazione di network planning che prevede l’introduzione delle RIS come metodo di incremento della resilienza all'interruzione della comunicazione per presenza di ostacoli in un contesto di rete IAB, comparandolo a un altro modello che non ne fa uso. Infine, analizziamo i risultati trovati con delle metriche sensibili alle differenze tra i due modelli, e ne traiamo le conclusioni.