Combining techniques for cell-free massive MIMO systems

Nowadays technologies and the actual mobile radio networks seem to satisfy the world request of bandwidth and reliability looked by an inexpert eye and also some aspects, like user connections speed or well-connected cities. This assumption can be considered currently true but, on the other hand, the future mobile communication systems aim to bring homogenous and ubiquitous connectivity for everyone and everywhere at higher performance levels. The motivations are the unavoidable and fast changes that already are affecting the world. In fact connected cars, IoT devices, robotics and many other fields have one common issue: the necessity of good connectivity and, most importantly, an excellent reliability against error and inconveniences in large and very heterogenous spaces. This goal can be, in some cases, considered already reached but at a very expensive price in terms of power or overloaded infrastructures. Like every practical problem, the scientific community is searching the optimum trade-off between costs and performance. Many practical implementations were proposed in the last years starting from the enhancement of system already in use till to totally new ones. In this scenario, the latest solutions proposed by different authors seem to be focused on a reversal of classic perspective, bringing the lead of decision more to the user equipment side at the expense of the central infrastructure. This work will deal on this latter concept, referred to as the cell-free mobile radio network paradigm, highlighting the scalability aspects and the power consumption.

Le tecnologie attualmente utilizzate nelle reti radio mobili sembrano soddisfare la richiesta di banda e di affidabilità, ma solo se osservate da un occhio inesperto e soltanto sotto alcuni aspetti quali la velocità di connessione o in contesti urbani ben serviti. D'altra parte però il futuro delle telecomunicazioni, invece di fornire buone prestazioni medie per singoli utenti, mira a portare una qualità di servizio omogenea e onnipresente per tutti e ovunque. Le motivazioni dietro a questa necessità di innovazione sono gli inevitabili e rapidi cambiamenti che già stanno interessando il mondo, infatti nuove tecnologie come i veicoli intelligenti, i dispositivi IoT, la robotica e molti altri hanno un problema comune: la necessità di una buona connettività e soprattutto la richiesta di un'eccellente affidabilità contro errori e inconvenienti in aree molto grandi e molto eterogenee. Questo obiettivo può essere, in alcune specifiche condizioni, considerato già raggiunto ma ad un prezzo alto in termini di potenza impiegata e in termini sovraccarico dell'infrastruttura portante. Come ogni problema pratico, anche in questo campo la comunità scientifica ricerca il compromesso ottimale tra costi e prestazioni.Molte implementazioni pratiche sono state proposte negli ultimi anni a partire dalle più ampie fino a quelle più specifiche. In questo scenario, le ultime soluzioni proposte da diversi autori sembrano essere focalizzate su un'inversione di prospettiva portando l'esperienza utente al centro delle priorità a scapito dell'infrastruttura centrale. Questo lavoro tratterà di quest'ultimo concetto, definito come il paradigma di rete radio mobile cell-free, evidenziando gli aspetti di scalabilità e il consumo energetico.