Cell free massive MIMO with radio stripes

The emergence of Cell-Free Massive Multiple Input Multiple Output (CF-mMIMO) networks presents a paradigm shift in wireless communication architectures, departing from traditional cellular structures towards a more flexible and scalable system. This thesis reveals the potential of CF-mMIMO networks, where base stations are replaced by a multitude of distributed access points, each equipped with a large number of antennas. The essence of CF-mMIMO lies in its ability to eliminate cell boundaries, enabling seamless connectivity and improved spectral efficiency. Through distributed signal processing and coordinated beamforming, the network leverages the combined capabilities of all access points, providing enhanced coverage, increased capacity, and reduced interference. This thesis addresses challenges associated with a practical implementation of CF-mMIMO in diverse environments such as stadiums, halls, etc., showcasing its potential to revolutionize communication networks including fronthaul requirements. Strategies for overcoming these challenges are discussed, laying the foundation for the successful deployment of CF-mMIMO networks in real-world scenarios. The concept of "Radio Stripes Model", which is one of the recommended methods to facilitate the practical implementation and to reduce the cost problems in the practical application of CF mMIMO, which consists of a large number of access points, is discussed in detail in the thesis. This thesis covers some basic aspects of CF-mMIMO with radio stripes, especially Traffic Load, Bit Error Rate, and fronthaul link traffic load, and discusses the trade-offs between these parameters in terms of both centralized and sequential fronthaul connections. A comprehensive trade-off evaluation among the Traffic load, bit error rate, and fronthaul link traffic is conducted through simulations, for the two different fronthaul connection methods. As a result of the simulations, it has been shown that the sequential type fronthaul connection model limits the fronthaul link traffic load and is thus important in creating a scalable network. In addition, the positive effects of the increase in the number of APs on both the bit error rate and traffic load are shown in the simulations. In summary, this thesis underscores the transformative impact of CF-mMIMO networks with radio stripes on the future of wireless communication, offering a scalable, flexible, and efficient solution to meet the increasing demands of modern connectivity.

L’emergere delle reti "Cell-Free Massive Multiple Input Multiple Output" (CF mMIMO) presenta un cambiamento di paradigma nelle architetture di comunicazione wireless, partendo dalle tradizionali strutture cellulari verso un sistema più flessibile e scalabile. Questa tesi rivela il potenziale delle reti CF mMIMO, dove le stazioni basse sono sostituite da una moltitudine di punti di accesso distribuiti, ciascuno dotato di un gran numero di antenne. L’essenza di CF-mMIMO risiede nella sua capacità di eliminare i confini delle cellule, consentendo una connettività senza soluzione di continuità e una migliore efficienza spettrale. Attraverso l’elaborazione distribuita del segnale e il beamforming coordinato, la rete sfrutta le capacità combinate di tutti i punti di accesso, fornendo una copertura migliore, una maggiore capacità e una riduzione delle interferenze. La tesi affronta le sfide associate all’implementazione pratica di CF-mMIMO in ambienti diversi come stadi, sale ecc., mostrando il suo potenziale per rivoluzionare le reti di comunicazione compresi i requisiti di fronthaul. Vengono discusse le strategie per superare queste sfide, gettando le basi per il successo dell’implementazione delle reti CF-mMIMO negli scenari del mondo reale. Il concetto di "modello di striscia radio", che è uno dei metodi raccomandati per facilitare l’implementazione pratica e ridurre i problemi di costo nell’applicazione pratica di CF mMIMO, che consiste in un gran numero di punti di accesso, è discusso in dettaglio in la tesi. Questa tesi copre alcuni aspetti di base di CF-mMIMO con banda radio, in particolare carico di traffico, tasso di errore in bit e carico di traffico del collegamento fronthaul, e discute i compromessi tra questi parametri in termini di connessioni fronthaul centralizzate e sequenziali. Una valutazione completa del compromesso tra carico di traffico, tasso di errore di bit e traffico di collegamento fronthaul viene condotta attraverso simulazioni, per i due diversi metodi di connessione fronthaul. Come risultato delle simulazioni, è stato dimostrato che il formato di connessione fronthaul di tipo se- quenziale limita il carico di traffico del collegamento fronthaul ed è quindi importante nella creazione di una rete scalabile. Inoltre, nelle simulazioni vengono mostrati gli effetti positivi dell’aumento del numero di AP sia sul tasso di errore di bit che sul carico di traffico. In sintesi, questa tesi sottolinea l’impatto delle reti CF-mMIMO con banda radio sul futuro della comunicazione wireless, offrendo una soluzione scalabile, flessibile ed efficiente per soddisfare le crescenti esigenze della connettività moderna.