Network planning models for 6G mmWave IAB smart radio environments

In the recent future, mobile networks will be subject to ever increasing loads, and the available bandwidth is expected to saturate shortly. For this reason, the still untapped mmWave band is to be exploited in beyond-5G cellular networks. However, the extreme potentials of mmWave are hampered by equally extreme propagation conditions, making these networks very prone to attenuation. Integrated Access and Backhaul (IAB) is a key technology capable of mitigating the problem. IAB networks perform in-band multi-hop wireless backhauling, and constitute a cost-effective alternative to enable network densification. mmWave communications are also highly subject to blockages caused by randomly moving obstacles. For this reason, planning a network in which multiple backup links are guaranteed for each user is paramount. Recent studies have investigated Smart Electromagnetic devices (smartEM) that may be used to alter the mmWave environment to improve performance, namely the RIS (Reconfigurable Intelligent Surface) and the SR (Smart Repeater). RISs are passive planar surfaces capable to reflect impinging radio waves towards desired directions, while SRs are active repeaters which exploit network state information and beamforming to amplify existing network signals without excessively affecting the total noise footprint. The scope of this work is to develop mathematical optimization models which deploy the aforementioned smartEM Devices alongside an IAB network to guarantee reliable non-line-of-sight links for each user, and to understand whether homogeneous or heterogeneous smartEM combinations achieve the best blockage resiliency.

Nel futuro recente, le reti mobili saranno sottoposte a carichi sempre crescenti, e si prevede che la banda disponibile verrà saturata a breve. A causa di ciò, la non ancora sfruttata banda delle onde millimetriche (mmWave) verrà utilizzata nelle reti mobili 5G e di future generazioni. Tuttavia, le estreme potenzialità delle onde millimetriche sono ostacolate dalle altrettanto estreme condizioni di propagazione che le caratterizzano, rendendo le reti mmWave molto soggette all'attenuazione. La tecnologia IAB (Integrated Access and Backhaul) è una possibile soluzione per mitigare il problema. Le reti IAB sono in grado di effettuare backhauling multi-hop nella medesima banda della rete di accesso, e costituiscono una soluzione efficace in termini di costo per densificare una rete. Le comunicazioni a onde millimetriche sono però molto soggette ad interruzioni di servizio causate da ostruzioni dovute a oggetti in movimento. Per questo motivo, pianificare una rete nella quale gli utenti sono connessi mediante collegamenti multipli è essenziale. Studi recenti hanno approfondito dispositivi elettromagnetici intelligenti capaci di alterare l'ambiente di propagazione per migliorare le prestazioni di rete. In particolare, i dispositivi analizzati sono le RIS (Reconfigurable Intelligent Surfaces) e gli SR (Smart Repeater). Le RIS sono superfici planari passive in grado di riflettere le onde incidenti verso direzioni desiderate, mentre gli SR sono ripetitori attivi che sfruttano le informazioni sullo stato della rete e il beamforming per amplificare segnali radio esistenti senza eccessivamente influenzare l'impatto sul rumore totale. Lo scopo del lavoro è di sviluppare dei modelli di ottimizzazione matematica in grado di collocare i dispositivi sopracitati contestualmente ad una rete IAB per garantire collegamenti non in visibilità affidabili, e di capire quali loro combinazioni, omogenee ed eterogenee, garantiscono la miglior resilienza alle interruzioni di servizio.