Planeamento e otimização de redes 5G

Abstract

Nos últimos anos, as redes móveis evoluíram substancialmente, tornando-se um componente essencial da vida cotidiana. O 5G surge como resposta às crescentes demandas por conectividade, inovação e eficiência, trazendo consigo desafios que requerem um planeamento detalhado e uma análise cuidadosa de desempenho. Neste contexto, surge a necessidade de planear as redes 5G, tendo em conta as particularidades desta geração e eliminando as limitações da geração anterior. Para abordar essa necessidade, esta dissertação concentra-se no planeamento e análise de desempenho de um sistema 5G NR em um ambiente de estádio, considerando dois cenários (Std e Std3D), caracterizados por uma elevada densidade de utilizadores, com ênfase na busca por soluções eficazes para enfrentar os desafios da interferência e otimizar a qualidade da comunicação. A análise concentrou-se no desempenho do sistema, avaliando o throughput e a cobertura, variando parâmetros como o número de utilizadores, modulação (16QAM e 256QAM), arquiteturas de antenas de grande escala, incluindo sistemas M-MIMO. Foram utilizadas frequências portadoras de 3.5 GHz e 28 GHz, correspondentes às numerologias 1 e 2 do 5G NR. Foi desenvolvimento e atualizado um simulador de sistema para implementar o ambiente de estádio considerando os dois cenários. Além disso, o estudo incluiu o planeamento celular teórico de um dos cenários implementados. Os resultados indicam que a introdução da estratégia de clustering proporcionou melhorias significativas no desempenho, com ênfase no clustering 3C, que reduziu a interferência. A modulação 16QAM demonstrou uma cobertura superior à 256QAM. A numerologia 2 superou a numerologia 1 tanto em throughput quanto em cobertura.

In recent years, mobile networks have evolved substantially, becoming an essential component of everyday life. 5G comes as a response to the growing demands for connectivity, innovation, and efficiency, bringing with it challenges that require detailed planning and careful performance analysis. In this context, there is a need to plan 5G networks, considering the particularities of this generation and eliminating the limitations of the previous generation. To address this need, this thesis focuses on the planning and performance analysis of a 5G NR system in a stadium environment, considering two scenarios (Std and Std3D), characterized by a high density of users, with emphasis on the search for effective solutions to face the challenges of interference and optimize the quality of communication. The analysis focused on system performance, evaluating throughput and coverage, varying parameters such as number of users, modulation (16QAM and 256QAM), large-scale antenna architectures, including M-MIMO systems. Carrier frequencies of 3.5 GHz and 28 GHz were used, corresponding to numerologies 1 and 2 of 5G NR. A system simulator was developed and updated to implement the stadium environment considering both scenarios. In addition, the study included theoretical cellular planning of one of the implemented scenarios. The results indicate that the introduction of the clustering strategy provided significant improvements in performance, with emphasis on 3C clustering, which reduced interference. 16QAM modulation demonstrated superior coverage to 256QAM. Numerology 2 surpassed numerology 1 in both throughput and coverage.