Beam Tracking Strategies for 5G New Radio Networks Operating in the Millimetre Wave Bands

[ES] La llegada de la próxima generación del estándar de comunicaciones móviles, la llamada quinta generación (5G), es prácticamente una realidad. Las primeras redes comerciales han comenzado a ser desplegadas, centrándose en ofrecer altas velocidades de transferencia de datos. Sin embargo, el estándar 5G va mucho más allá y prevé dar soporte a nuevos servicios que pretenden revolucionar la sociedad. Estos nuevos servicios imponen un nivel alto de requisitos en no solo en cuanto a velocidad del tráfico de datos, sino en cuanto a latencia o número de dispositivos conectados simultáneamente. La amplia variedad de requisitos no puede ser soportada por las redes de cuarta generación (4G), por lo que se hizo necesario plantear un nuevo paradigma para las redes inalámbricas. Con la promesa de grandes cantidades de ancho de banda sin utilizar, el estándar 5G contempla utilizar frecuencias en la comúnmente conocida como banda de milimétricas (mmWave). Esta banda presenta grandes pérdidas de propagación, que se acentúan si existen bloqueos de señal. Actividades regulatorias del uso de las bandas de milimétricas atrajo el interés tanto de la industria como de la academia en plantear soluciones para dar servicio en estas bandas. En los últimos años se han presentado infinidad de trabajos basados en sistemas con múltiples antenas o MIMO, para conformar las señales transmitidas o recibidas en haces apuntando en determinadas direcciones. La ganancia que aportan los sistemas MIMO pueden compensar las altas pérdidas de propagación, asegurando la viabilidad de las comunicaciones mmWave. Se ha detectado una evidente falta de estudios sobre la viabilidad de sistemas MIMO en entornos móviles y dinámicos con bloqueos que hagan necesario que el sistema se reconfigure. Esta Tesis pretende cubrir este espacio desde un enfoque práctico y propone mecanismos de gestión de los haces para hacerles un seguimiento utilizando los recursos y mecanismos del nuevo estándar 5G. Las soluciones aportadas se basan en el uso eficiente de los reportes de medidas de las señales de referencia estandarizadas en enlace descendente. En primer lugar, esta Tesis recoge un análisis minucioso del estado del arte, donde se corrobora la necesidad de aportar soluciones de seguimiento de haces en sistemas de comunicaciones en la banda de milimétricas. Además, se estudian los diferentes mecanismos definidos en el estándar 5G y que posibilitan el seguimiento. Cabe destacar que el estándar no define un mecanismo único a seguir, permitiendo presentar propuestas. Una vez conocidas las tecnologías, se centra el estudio en el impacto del seguimiento sobre las prestaciones a nivel de red y de enlace. Dicho estudio se realiza sobre un sistema punto a punto, donde el terminal móvil se desplaza por un entorno urbano. En base a simulaciones de red, se cuantifica el índice de seguimiento de haz y de cómo dicho seguimiento afecta a la relación señal a ruido más interferencia (SINR) y la tasa de transmisión del usuario. Las soluciones de seguimiento propuestas en esta Tesis se pueden clasificar en dos categorías. En una primera categoría, se realiza el seguimiento en base a reportes de medidas de las señales de referencia. Independientemente de la velocidad, se alcanza un seguimiento del 91% con poca penalización en la tasa de transmisión si se monitorizan los haces de interés con una periodicidad menor de 20 ms. En la segunda categoría caben mecanismos de seguimiento que hacen uso de fuentes externas de información. Dentro de esta categoría, se propone un fingerprinting que relacione haces con la localización reportada y un modelo de machine learning (ML) que prediga los haces a utilizar. El fingerprinting proporciona los mismos niveles de rendimiento. Sin embargo, esta solución es muy sensible a errores y requiere considerar todos los casos posibles, lo que la hace tecnológicamente inviable. En cambio, el modelo de ML, que hace p[CA] L'arribada de la següent generació de l'estàndard de comunicacions mòbils, l'anomenada cinquena generació (5G), es pràcticament una realitat. Les primeres xarxes comercials han començat a desplegar-se i s'han centrat en oferir altes velocitats de transferència de dades. No obstant, l'estàndard 5G va molt mes allà y preveu donar suport a nous serveis que pretenen revolucionar la societat. Estos nous serveis imposen un alt nivell de requisits no sols en quant a velocitat de tràfic de dades, si no també en quant a latència o número de connexions simultànies. L'ampla varietat de requisits no es suportada per les xarxes de quarta generació (4G) actuals, per el qual es va fer necessari un nou paradigma de xarxes sense fil. Amb la promesa de amplies quantitats d'ample de banda, l'estàndard 5G contempla utilitzar freqüències a la banda de mil·limètriques. Esta banda presenta l'inconvenient d'experimentar grans pèrdues de propagació, que s'accentuen en cas de bloqueigs. L'apertura de les bandes de mil·limètriques va atraure l'interès tant de l'industria com de l'acadèmia en plantejar solucions per a donar servei en estes bandes. En els últims anys s'han presentat infinitat de treballs basats en sistemes amb múltiples antenes o MIMO, per a conformar els senyals transmesos o rebuts en feixos apuntant en determinades direccions d'interès. El guany de feix es pot utilitzar per a compensar les pèrdues de propagació, assegurant la viabilitat de les comunicacions en la banda de mil·limètriques. No obstant això, s'ha detectat una preocupant manca d'estudis sobre la viabilitat d'estos sistemes en entorns mòbils i dinàmics, amb obstacles que bloquejen els feixos i facen necessari que el sistema es reconfigure. El present treball de Tesi pretén cobrir este espai buit i des d'un punt de vista pràctic, es proposen mecanismes de gestió dels feixos per a ser el seguiment utilitzant els recursos i mecanismes dels que disposa l'estàndard 5G. D'esta manera, les solucions aportades es basen en la utilització eficient dels reports de mesures dels senyals de referència del enllaç descendent. En primer lloc, esta Tesi recull una anàlisi minuciosa de l'estat de l'art on es corrobora la necessitat de aportar solucions de seguiment de feixos per a comunicacions en la banda de freqüències mil·limètriques. A més a més, s'estudien els diferents mecanismes definits a l'estàndard 5G i que possibiliten el seguiment. Cap destacar que l'estàndard no defineix un mecanisme únic, si no que deixa la porta oberta a presentar propostes. Una vegada conegudes les tecnologies, l'estudi es centra en l'impacte del seguiment sobre les prestacions a nivell de xarxa i d'enllaç. Este estudi es realitza sobre un sistema MIMO punt a punt, en una única estació base i un terminal mòbil desplaçant-se en un entorn urbà. En base a simulacions d'extrem a extrem, es quantifica l'índex de seguiment de feix i com l'anomenat seguiment afecta a la relació senyal a soroll més interferència (SINR) i a la taxa instantània de transmissió de l'usuari. Les solucions de seguiment de feixos propostes a la Tesi es poden classificar en dos categories. A la primera categoria, el seguiment de feixos es realitza en base als reports de mesures dels senyals de referència. Independentment de la velocitat, s'arriba a una taxa de seguiment del 91% amb poca penalització de taxa de transmissió si els feixos d'interès es mesuren amb una periodicitat menor a 20 ms. A la segona categoria pertanyen els algoritmes que utilitzen fonts d'informació externes. Dins d'aquesta categoria es proposa un fingerprinting que relaciona un parell de feixos amb la ubicació de l'usuari, i a banda un model d'intel·ligència artificial (IA) que preveu el feix a utilitzar. El fingerprinting ofereix el mateix rendiment. Però, esta solució es molt sensible a errors i requereix considerar tots els casos possibles, fent-la tecnològicament inviable. En canvi, el[EN] The arrival of the next generation of mobile communication standards, the so-called Fifth Generation (5G), is already a reality. The first commercial networks have begun to be deployed, and they focus on providing higher data rates. However, the 5G standard goes much further from that and aims at providing support to new services which will revolutionise the society. These new services impose a high level of requirements not only in terms of the data traffic speed, but also in terms of very low latency or incredibly large number of simultaneous connections. This wide variety of requirements cannot be technologically supported by the current Fourth Generation (4G) networks, so it became necessary to move forward with a new paradigm for wireless networks. With the promise of large amounts of bandwidth, in the order of GHz, the 5G standard contemplates the use of frequencies in the commonly known Millimetre Wave (mmWave) band. The mmWave band experiences large propagation losses, which are accentuated in blockage events. Regulatory activities worldwide in the mmWave bands attracted the interest of both the industry and the academia. In the last few years, a tremendous number of contributions on mmWave propagation studies and networks have appeared, most of them based on Multiple-Input Multiple-Output (MIMO) solutions. MIMO architectures allow to beamform, which focuses the radiated energy on certain directions of interest called beams. The additional beam gain compensates the high propagation losses, ensuring the viability of the communications in the mmWave band. There is an evident lack of viability studies of mmWave MIMO systems in mobile and highly-dynamic environments, where obstacles may block beams and forcing frequent re-configurations. This Thesis work aims to fill this gap from a practical approach. This Thesis proposes beam management mechanisms utilising the mechanisms and resources offered by the Third Generation Partnership Project (3GPP) 5G radio access standard: 5G New Radio (NR). The practical solutions are based on the efficient use of measurement reports of standardised downlink Reference Signals (RS). In first place, this Thesis provides a thorough state-of-the-art analysis and corroborates the need of adopting beam tracking solutions for mmWave networks. Then, a complete overview of the 5G standard mechanisms that enable beam tracking is given. The NR standard does not define a standardised mechanism for beam tracking, leaving the door open to proposals to carry out such monitoring. Once the technologies have been identified, the Thesis continues with assessing the impact of the beam tracking strategies on the network and link-level performance. The study is focused on individual point-to-point mmWave links in a realistic urban environment. Based on end-to-end network simulations, the Thesis is interested in assessing the beam tracking success ratio and how beam misalignment affects the perceived Signal to Noise plus Interference Ratio (SINR) and user throughput at pedestrian and vehicular speeds. The beam tracking solutions proposed in this Thesis fall into two categories. The first category monitors beams based on measuring and reporting beamformed RS. Regardless of the speed, this beam tracking category provides up to 91 % tracking performance, with little throughput reduction if the beams of interest are measured with a periodicity below 20 ms. Beam tracking in the second category relies on external information sources. Within this category, this Thesis proposes a fingerprinting database relating beams to the user position and a machine learning (ML) model. Fingerprinting beam tracking is technologically viable and provides similar performance levels. However, this solution is very sensitive to errors and requires considering all possible situations. The ML beam tracking, which makes predictions with a 16 % of estimation error for the reference data set.I want to thank the Spanish Ministry of Education and Professional Formation for funding this Thesis work with an official pre-doctoral contract grant.Herranz Claveras, C. (2019). Beam Tracking Strategies for 5G New Radio Networks Operating in the Millimetre Wave Bands [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/130845TESI

Tensor-based signal processing with applications to MIMO-ODFM systems and intelligent reflecting surfaces

Der Einsatz von Tensor-Algebra-Techniken in der Signalverarbeitung hat in den letzten zwei Jahrzehnten zugenommen. Anwendungen wie Bildverarbeitung, biomedizinische Signalverarbeitung, radar, maschinelles Lernen, deep Learning und Kommunikation im Allgemeinen verwenden weitgehend tensorbasierte Verarbeitungstechniken zur Wiederherstellung, Schätzung und Klassifizierung von Signalen. Einer der Hauptgründe für den Einsatz der Tensorsignalverarbeitung ist die Ausnutzung der mehrdimensionalen Struktur von Signalen, wobei die Einzigartigkeitseigenschaften der Tensor-Zerlegung profitieren. Bei der drahtlosen Kommunikation beispielsweise können die Signale mehrere "Dimensionen" haben, wie Raum, Zeit, Frequenz, Polarisation, usw. Diese Arbeit ist in zwei Teile gegliedert. Im ersten Teil betrachten wir die Anwendung von Tensor-basierten Algorithmen für multiple-input multiple-output (MIMO) orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) Systeme unter Berücksichtigung von Vorhandensein von Phasenrauschenstörungen. In diesem Teil schlagen wir einen zweistufigen tensorbasierten Empfänger für eine gemeinsame Kanal-, Phasenrausch- und Datenschätzung in MIMO-OFDM-Systemen vor. In der ersten Stufe zeigen wir, dass das empfangene Signal auf den Pilotunterträgern als PARAFAC-Tensor dritter Ordnung modelliert werden kann. Auf der Grundlage dieses Modells werden zwei Algorithmen für die Schätzung der Phasen- und Kanalrauschen in den Pilotton vorgeschlagen. In der zweiten Stufe werden die übertragenen Daten geschätzt. Zu diesem Zweck schlagen wir einen Zero Forcing (ZF)-Empfänger vor, der sich die Tensorstruktur des empfangenen Signals auf den Datenträgern zunutze macht, indem er den vorgeschlagenen selektiven Kronecker-Produkt-Operators (SKP) kapitalisiert. Die Simulationsergebnisse zeigen, dass der vorgeschlagene Empfänger sowohl bei der Symbolfehlerrate als auch beim normalisierten mittleren quadratischen Fehler des geschätzten Kanal- und Phasenrauschmatrizen eine bessere Leistung im Vergleich zum Stand der Technik erzielt. Der zweite Teil dieser Arbeit befasst sich mit der Anwendung der Tensormodellierung zur Reduzierung des Kontrollsignalisierungsoverhead in zukünftigen drahtlosen Systemen, die durch intelligent reconfigurable surfaces (IRSs) unterstützt werden. Zu diesem Zweck schlagen wir eine Annäherung an die nahezu optimalen IRS-Phasenverschiebungen vor, die sonst einen prohibitiv hohen Kommunikationsoverhead auf den BS-IRS-Kontrollverbindungen verursachen würde. Die Hauptidee besteht darin, den optimalen Phasenvektor des IRSs, der Hunderte oder Tausende von Elementen haben kann, durch ein Tensormodell mit niedrigem Rang darzustellen. Dies wird erreicht durch Faktorisierung einer tensorisierten Version des IRS-Phasenverschiebungsvektors, wobei jede Komponente als Kronecker-Produkt einer vordefinierten Anzahl von Faktoren mit kleinerer Größe modelliert wird, die durch Tensor Zerlegungsalgorithmen erhaltet werden können. Wir zeigen, dass die vorgeschlagenen Low-Rank-Modelle die Rückkopplungsanforderungen für die BS-IRS-Kontrollverbindungen drastisch reduzieren. Die Simulationsergebnisse zeigen, dass die vorgeschlagene Methode besonders in Szenarien mit einer starken Sichtverbindung attraktiv sind. In diesem Fall wird fast die gleiche spektrale Effizienz erreicht wie in den Fällen mit nahezu optimalen Phasenverschiebungen, jedoch mit einem drastisch reduzierten Kommunikations-Overhead.The use of tensor algebra techniques in signal processing has been growing over the last two decades. Applications like image processing, biomedical signal processing, radar, machine/deep learning, and communications in general, largely employ tensor-based techniques for recovery, estimating, and classifying signals. One of the main reasons for using tensor signal processing is the exploitation of the multidimensional structure of signals, while benefiting from the uniqueness properties of tensor decomposition. For example, in wireless communications, the signals can have several “dimensions", e.g., space, time, frequency, polarization, beamspace, etc. This thesis is divided into two parts, first, in the application of a tensor-based algorithm in multiple-input multiple-output (MIMO)-orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) systems with the presence of phase-noise impairments. In this first part, we propose a two-stage tensor-based receiver for a joint channel, phase-noise, and data estimation in MIMO-OFDM systems. In the first stage, we show that the received signal at the pilot subcarriers can be modeled as a third-order PARAFAC tensor. Based on this model, we propose two algorithms for channel and phase-noise estimation at the pilot subcarriers. The second stage consists of data estimation, for which we propose a ZF receiver that capitalizes on the tensor structure of the received signal at the data subcarriers using the proposed SKP operator. Numerical simulations show that the proposed receivers achieves an improved performance compared to the state-of-art receivers in terms of symbol error rate (SER) and normalized mean square error (NMSE) of the estimated channel and phase-noise matrices. The second part of this thesis focuses on the application of tensor modeling to reduce the control signaling overhead in future wireless systems aided by intelligent reconfigurable surfaces (IRS). To this end, we propose a low-rank approximation of the near-optimal IRS phase-shifts, which would incur prohibitively high communication overhead on the BS-IRS controller links. The key idea is to represent the potentially large IRS phase-shift vector using a low-rank tensor model. This is achieved by factorizing a tensorized version of the IRS phase-shift vector, where each component is modeled as the Kronecker product of a predefined number of factors of smaller sizes, which can be obtained via tensor decomposition algorithms. We show that the proposed low-rank models drastically reduce the required feedback requirements associated with the BS-IRS control links. Simulation results indicate that the proposed method is especially attractive in scenarios with a strong line of sight component, in which case nearly the same spectral efficiency is reached as in the cases with near-optimal phase-shifts, but with a drastically reduced communication overhead

Classification and comparison of massive MIMO propagation channel models

Considering great benefits brought by massive multiple-input multiple-output (MIMO) technologies in Internet of things (IoT), it is of vital importance to analyze new massive MIMO channel characteristics and develop corresponding channel models. In the literature, various massive MIMO channel models have been proposed and classified with different but confusing methods, i.e., physical vs. analytical method and deterministic vs. stochastic method. To have a better understanding and usage of massive MIMO channel models, this work summarizes different classification methods and presents an up-to-date unified classification framework, i.e., artificial intelligence (AI)-based predictive channel models and classical non-predictive channel models, which further clarify and combine the deterministic vs. stochastic and physical vs. analytical methods. Furthermore, massive MIMO channel measurement campaigns are reviewed to summarize new massive MIMO channel characteristics. Recent advances in massive MIMO channel modeling are surveyed. In addition, typical non-predictive massive MIMO channel models are elaborated and compared, i.e., deterministic models and stochastic models, which include correlation-based stochastic model (CBSM), geometry-based stochastic model (GBSM), and beam domain channel model (BDCM). Finally, future challenges in massive MIMO channel modeling are given

Millimeter Wave Hybrid Beamforming Systems

The motivation for this thesis is the design of millimetre wave (mmWave) hybrid beamforming systems for supporting high user density. mmWave systems with hybrid digital-to-analogue beamforming (D-A BF) have the potential to fulfil 5G traffic demands. However, the capacity of mmWave systems is severely limited as each radio frequency (RF) transceiver chain in current sub-array mmWave base station (BS) architectures support only a particular user. Therefore, two new algorithms have been proposed for broadband mmWave systems. The algorithms operate on the principles of selection combining (SC) and principal component (PC). SC is a spatio-temporal hybrid D-A BF which has been designed to exploit multipath diversity, which is a characteristic feature of broadband propagation at mmWave. A novel low-complexity variant of SC, called low-complexity selection combining (LC-SC) has also been proposed for supporting high user density for such sub-array mm-Wave BS. mmWave lens-antenna systems are an emergent beamforming technology. They are novel because they eliminate the requirement of traditional analog beamformers. In this context, a low-complexity beam allocation (LBA) algorithm, proposed in an earlier research, has been applied to solve the challenging problem of maximizing sum data-rates in switched-beam mmWave systems. However, there are practical limitations, such as restrictions in the number of available RF chains at the BS, sensitivity to sidelobe interference and the beam generation techniques. Using generalized beam-patterns, the maximum sum data-rates achievable in switched-beam mmWave systems is compared to fixed-beam systems by applying LBA. Then, the impact on maximum sum data-rates of actual beam-patterns, obtained from a practical mmWave lens-antenna, which have higher and non-uniform sidelobes compared to the theoretical beams, is assessed. Non-orthogonal multiple access (NOMA) relay with hybrid digital-to-analog precoding (D-A P) as a promising solution for supporting high user densities in overloaded millimeter wave (mmWave) systems is investigated. To support high user densities in current mmWave hybrid D-A P systems, an idea based on exploiting the concept of NOMA relay to support 2K users per RF chain is proposed, where 2K M. To design the hybrid D-A P systems, the SC and PC algorithms are combined with NOMA relay to support significantly higher user densities. In future research, performance impairments in beamforming assistedmmWaveNOMA systems due to far-user's angle-of-departure (AoD) divergence with respect to the near-user is being investigated. This investigation is novel since most literature in NOMA considers both the near-user and far-user pairs static with respect to one another

Downlink Transmission in FBMC-based Massive MIMO with Co-located and Distributed Antennas

This paper introduces a practical precoding method for the downlink of Filter Bank Multicarrier-based (FBMC-based) massive multiple-input multiple-output (MIMO) systems. The proposed method comprises a two-stage precoder, consisting of a fractionally spaced prefilter (FSP) per subcarrier to equalize the channel across each subcarrier band. This is followed by a conventional precoder that concentrates the signals of different users at their spatial locations, ensuring each user receives only the intended information. In practical scenarios, a perfect channel reciprocity may not hold due to radio chain mismatches in the uplink and downlink. Moreover, the channel state information (CSI) may not be perfectly known at the base station. To address these issues, we theoretically analyze the performance of the proposed precoder in presence of imperfect CSI and channel reciprocity calibration errors. Our investigation covers both co-located (cell-based) and cell-free massive MIMO cases. In the cell-free massive MIMO setup, we propose an access point selection method based on the received SINRs of different users in the uplink. Finally, we conduct numerical evaluations to assess the performance of the proposed precoder. Our results demonstrate the excellent performance of the proposed precoder when compared with the orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) method as a benchmark.Comment: arXiv admin note: text overlap with arXiv:2201.1073

Design and Simulation of Adaptive and Multi-Rate Massive MIMO Systems for Terahertz Band Communication

[ANGLÈS] The communications in the Terahertz Band (0.06-10 THz) are a promising new paradigm for wireless communications in the next decade. Their large available bandwidth, combined with the development of graphene antennas, characterized by their reduced dimensions, will enable establishing systems in environments that were very limited until this moment due to technological limitations, such as nanocommunications, as well as will help to solve the overwhelming occupation of the electromagnetic spectrum, which limits tha capacity for wireless communications. The novelty of this technology implies the need for studying and improving diverse aspects of the sistems, such as the channel characteristics, the transmitters and receivers, the modulation and the associated protocols, among others. New models and solutions should be developed and investigated to be applied in the Terahertz context. Furthermore, in the last years the use of multiple antennas for transmission and reception, known as MIMO, has been extensively studied, for applications in increasing capacity, improving the signal-to-noise ration or saving energy by concentrating the power in particular directions. When the number of transmitting or receiving elements is increased to the order of hundreds, we name it Massive MIMO. In this work we have studied the applications of Massive MIMO in the Terahertz Band. First, we develop diverse configurations to concentrate the power in a narrow angle through the use of beamforming, and thus prevent the high path losses that these frequencies produce. Then, we analyze the use of a single antenna with several subarrays to offer multiple beams, with the aim of serving more than one user or providing diversity, along with the corresponding study of the interference impact over the capacity. Finally, we present configurations that enable working in different frequencies and we discuss the improvement achieved in capacity, as well as the reduction of possible interferences.[CASTELLÀ] Las comunicaciones en la banda de Terahertz (0.06-10 THz) promete ser el nuevo paradigma de comunicaciones inalámbricas en la próxima década. Su amplísimo ancho de banda, combinado con el desarrollo de antenas de grafeno de dimensiones muy reducidas, permitirá establecer sistemas en entornos hasta ahora muy limitados por la tecnología existente, tales como las nanocomunicaciones, y además ayudará a solventar el problema de sobreocupación del espectro, que acota la capacidad de los enlaces sin cables. La novedad de esta tecnología conllevará la necesidad de estudiar y mejorar diversos aspectos de los sistemas, tales como las características del canal, los transmisores y receptores, la modulación y los protocolos asociados, entre otros. Se deben investigar y desarrollar nuevos modelos y soluciones para ser aplicados en el contexto de los Terahertz. Por otro lado, en los últimos años se ha estudiado extensamente el uso de múltiples antenas en transmisión y recepción, conocido como MIMO, y sus aplicaciones para incrementar la capacidad de los sistemas, combatir el ruido y ahorrar energía mediante la concentración de potencia en determinadas direcciones. Cuando el número de elementos transmisores y receptores crece hasta el orden de las centenas, MIMO pasa a denominarse Massive MIMO. En este trabajo estudiaremos las aplicaciones del uso de Massive MIMO en la banda de los Terahertz. En primer lugar, se desarrollaran diversas configuraciones para concentrar la potencia mediante beamforming, y así combatir las altas pérdidas de propagación que se producen a estas frecuencias. A continuación, se analiza el uso de una antena para ofrecer diversos haces de potencia, con el objetivo de servir a más de un usuario, con el correspondiente estudio del impacto de interferencias sobre la capacidad. Por último, se presentan configuraciones que permiten trabajar a distintas frecuencias y se discute la mejora de capacidad disponible, además de la reducción de posibles interferencias.[CATALÀ] Les comunicacions a la banda dels Terahertz (0.06-10 THz) prometen ser el nou paradigma de comunicacions inalàmbriques a la propera dècada. El seu enorme ample de banda, combinat amb el desenvolupament d'antenes de grafè de dimensions molt reduïdes, permetrà establir sistemes en entorns fins ara molt limitats per la tecnologia existent, tals com les nanocomunicacions, i a més a més ajudarà a solventar el problema de sobreocupació de l'espectre, que fita la capacitat dels enllaços sense cables. La novetat d'aquesta tecnologia implicarà la necessitat d'estudiar i millorar diversos aspectes dels sistemes, tals com les característiques del canal, els transmissors i receptors, la modulació i els protocols associats, entre d'altres. Se deuen investigar i desenvolupar nous models i solucions per ser aplicats al context dels Terahertz. D'altra banda, als darrers anys s'ha estudiat extensament l'ús de múltiples antenes en transmissió i recepció, conegut com MIMO, i llurs aplicacions per incrementar la capacitat dels sistemes, combatre el soroll i estalviar energia mitjançant la concentració de potència en determinades direccions. Quan el nombre d'elements transmissors i receptors creix fins a l'ordre de les centenes, MIMO passa a denominar-se Massive MIMO. En aquest treball estudiarem les aplicacions de l'ús de Massive MIMO a la banda dels Terahertz. En primer lloc, se desenvolupen diverses configuracions per concentrar la potència mitjançant beamforming, i així combatre les altes pèrdues de propagació que es produeixen a aquestes freqüències. A continuació, s'analitza l'ús d'una antena amb diversos subarrays per oferir més d'un feix de potència, i poder servir a més d'un usuari o possibilitar la diversitat, acompanyat del corresponent estudi de l'impacte de les interferències sobre la capacitat. Finalment, es presenten configuracions que permeten treballar a diferents freqüències i es discuteix la millora de capacitat disponible, així com la reducció de possibles interferències