Impact characterization of smart radio access network devices in a network-wide context

The deployment of next-generation wireless networks faces a fundamental challenge: how to cost-effectively provide ubiquitous coverage and high-precision services in environments where traditional approaches reach their limits. As mobile networks evolve toward 6G, millimeter-wave frequencies promise unprecedented data rates but introduce severe propagation limitations that demand innovative infrastructure solutions. Meanwhile, the growing importance of location-based services requires positioning capabilities that extend far beyond what conventional cellular networks can deliver. This thesis investigates Smart Radio Devices as a transformative technology for addressing both challenges through a comprehensive system-level analysis. Rather than treating communication and sensing as separate problems, we examine how emerging technologies like Reconfigurable Intelligent Surfaces and Network-Controlled Repeaters can reshape network deployment strategies while simultaneously enabling new service capabilities. Our first and second contributions develop rigorous optimization frameworks for Smart Radio Device deployment in millimeter-wave networks, revealing the practical boundaries of these technologies in communication scenarios. Through extensive analysis comparing different device types and optimization objectives, we demonstrate that while Smart Radio Devices offer valuable coverage enhancements, their role is mostly complementary to traditional infrastructure rather than substitutional. Our third contribution explores how the same infrastructure can be opportunistically leveraged for high-precision positioning without additional dedicated sensing equipment. We show that Reconfigurable Intelligent Surfaces create controllable propagation environments that enable sub-meter positioning accuracy where traditional methods fail, effectively transforming communication infrastructure into a sensing platform. The convergence of these perspectives reveals Smart Radio Devices as enablers of infrastructure flexibility, where single deployments serve multiple purposes. This research provides the foundation for understanding how emerging wireless technologies can address the dual challenges of coverage and sensing in next-generation networks.

L'installazione di reti wireless di nuova generazione affronta una sfida fondamentale: come fornire in modo economicamente sostenibile una copertura ubiqua e servizi ad alta precisione in ambienti dove gli approcci tradizionali raggiungono i loro limiti. Mentre le reti mobili evolvono verso il 6G, le frequenze a onde millimetriche promettono velocità di trasmissione dati senza precedenti, ma introducono severe limitazioni di propagazione che richiedono soluzioni infrastrutturali innovative. Nel contempo, la crescente importanza dei servizi basati sulla localizzazione richiede capacità di posizionamento che si estendono ben oltre ciò che le reti cellulari convenzionali possono offrire. Questa tesi indaga i Dispositivi Radio Intelligenti come tecnologia trasformativa per affrontare entrambe le sfide attraverso un'analisi completa a livello di sistema. Anziché trattare comunicazione e rilevamento come problemi separati, esaminiamo come tecnologie emergenti quali le Superfici Intelligenti Riconfigurabili e i Ripetitori Controllati dalla Rete possano ridefinire le strategie di installazione della rete abilitando simultaneamente nuove capacità di servizio. Il nostro primo e secondo contributo sviluppano rigorosi framework di ottimizzazione per il dispiegamento di Dispositivi Radio Intelligenti in reti a onde millimetriche, rivelando i confini pratici di queste tecnologie in scenari di comunicazione. Attraverso un'analisi estensiva che confronta diverse tipologie di dispositivi e obiettivi di ottimizzazione, dimostriamo che, sebbene i Dispositivi Radio Intelligenti offrano preziosi miglioramenti di copertura, il loro ruolo è prevalentemente complementare all'infrastruttura tradizionale piuttosto che sostitutivo. Il nostro terzo contributo esplora come la medesima infrastruttura possa essere sfruttata in modo opportunistico per il posizionamento ad alta precisione senza apparecchiature dedicate al rilevamento aggiuntive. Mostriamo che le Superfici Intelligenti Riconfigurabili creano ambienti di propagazione controllabili che consentono un'accuratezza di posizionamento sub-metrica laddove i metodi tradizionali falliscono, trasformando di fatto l'infrastruttura di comunicazione in una piattaforma di rilevamento. La convergenza di queste prospettive rivela i Dispositivi Radio Intelligenti come abilitatori di flessibilità infrastrutturale, dove singoli dispiegamenti servono molteplici scopi. Questa ricerca fornisce le fondamenta per comprendere come le tecnologie wireless emergenti possano affrontare le duplici sfide di copertura e rilevamento nelle reti di nuova generazione.