Physical layer network slicing for eMBB and mMTC with distributed power allocation

Abstract

Este trabalho aborda o conceito de fatiamento de uma rede de acesso (RAN) 5G para diferentes serviços com diferentes requisitos, detalhando-o na camada física e de rede. Na primeira etapa, onde o estudo compreende a camada de rede, são detalhados os requisitos de rede e funcionalidades que são fundamentais para a existência do fatiamento de rede, como Redes Definidas por Software (SDN), Virtualização de Função de Rede (NFVs) e Virtualized Network Functions (VNF). É discutida uma abordagem para um caso de uso específico do fatiamento de rede numa arquitetura Open RAN, evidenciando detalhes de seu funcionamento. Na segunda etapa, para a camada física, é estudado o compartilhamento de recursos de rádio entre enhanced mobile broadband (eMBB) e massive machine-type communications (mMTC) de forma ortogonal (H-OMA -- Heterogeneous Orthogonal Multiple Access) e não ortogonal (H-NOMA -- Heterogeneous Non-Orthogonal Multiple Access) num cenário de uplink. Para este cenário, visando obter um aumento da quantidade de dispositivos mMTC ativos, é proposto um modelo de alteração da potência de transmissão destes dispositivos sem a necessidade de coordenação entre o usuário e a Base Station (BS). Os resultados para este cenário específico mostram ganhos médios de 60% para o caso ortogonal para todos os padrões de tráfego eMBB e de 40% para o caso não ortogonal quando o tráfego eMBB é baixo.

Abstract: This work addresses the concept of slicing a 5G radio access network (RAN) for different services with different requirements, detailing it in the physical and network layer. In the first stage, where the study comprises the network layer, network requirements and features that are fundamental for the existence of network slicing are detailed, such as Software Defined Networks (SDN), Network Function Virtualization (NFVs) and Virtualized Network Functions (VNFs). An approach for a specific use case of network slicing in an Open RAN architecture is discussed, showing details of its operation In the second stage, for the physical layer, it is studied the sharing of radio resources between enhanced mobile broadband (eMBB) and massive machine-type communication (mMTC) in an orthogonal way (H-OMA -- Heterogeneous Orthogonal Multiple Access) and non-orthogonal (H-NOMA -- Heterogeneous Non-Orthogonal Multiple Access), for an uplink scenario. For this scenario, aiming to increase the number of active mMTC devices, a model is proposed to change the transmission power of these devices without the need for coordination between the user and the Base Station (BS). The results for this specific scenario show average gains of 60% for the orthogonal case for all eMBB traffic patterns and 40% for the non-orthogonal case when eMBB traffic is low.