Estudio de formas de onda candidatas para comunicaciones 5G: generación y análisis de señal GFDM

Abstract

Las redes móviles han pasado por numerosas etapas desde su creación. Dichas etapas también son llamadas “Generaciones”. Así, las redes han ido pasando de la primera generación (1G) hasta la cuarta (4G) donde se encuentran actualmente. Los cambios de una generación a la siguiente han venido acompañados de mejoras en la calidad, eficiencia y capacidad de los sistemas móviles y han sido provocados, en general, para satisfacer ciertas necesidades que la sociedad demandaba (estandarización, mayor velocidad de transmisión, la inclusión de internet en los dispositivos, la posibilidad de ejecutar aplicaciones multimedia, entre otras). La evolución de 4G a 5G no es distinta en ese sentido: surge por necesidades a satisfacer. En los últimos años han sido muchos los nuevos servicios que han surgido tales como IoT, M2M, vehículos inteligentes, etc. Esto ha provocado un aumento de usuarios conectados y de demanda de tráfico móvil exponencial. Para hacer frente a este aumento masivo se requiere nuevas formas de onda que proporcionen la capacidad de alojar a un mayor número de usuarios compartiendo de manera más eficiente el ancho de banda disponible y aportando flexibilidad a la hora de generar la señal para adaptarla a la necesidad de ancho de banda (velocidad de conexión) que requiera la aplicación. GFDM, FBMC y UFMC son tres de las formas de onda candidatas para 5G con más renombre. En este trabajo se realizará un estudio teórico de las tres, así como se generará y comparará una señal GFDM con una señal con la forma de onda utilizada para 4G: OFDM. Este análisis y comparación permitirá concluir si GFDM es una forma de onda a utilizar por señales destinadas a la quinta generación más factible que OFDM.

The mobile networks have gone through many stages since their creation. These stages are also called "Generations". Thus, networks have gone from the first generation (1G) to the fourth (4G) where they are currently. The changes from one generation to the next have been accompanied by improvements in the quality, efficiency and capacity of mobile systems and have been caused, in general, to meet certain needs that society demanded (standardization, higher transmission speed, inclusion of internet in the devices, the possibility of executing multimedia applications, among others). The evolution from 4G to 5G is not different in that sense: it arises due to needs to be met. In recent years there have been many new services that have emerged such as IoT, M2M, smart vehicles, etc. This has caused an exponential increase in connected users and demand for mobile traffic. To cope with this massive increase, new waveforms are required that provide the capacity to accommodate a greater number of users sharing more efficiently the available bandwidth and providing flexibility when generating the signal to adapt it to the needed bandwidth (connection speed) required by the application. GFDM, FBMC and UFMC are three of the most popular 5G candidate waveforms. In this work a theoretical study of the three will be carried out, as well as a GFDM signal will be generated and compared with a signal with the waveform used for 4G: OFDM. This analysis and comparison will allow to conclude if GFDM is a waveform to be used by signals destined for the fifth generation more feasible than OFDM.