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Authors
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Abstract(s)
The fifth mobile network generation (5G), which offers better data speeds, reduced latency,
and a huge number of network connections, promises to improve the performance of the
cellular network in practically every way available. A portion of the network operations are
deployed in a centralized unit in the 5G radio access network (RAN) partially centralized
design. By centralizing these functions, operational expenses are decreased and coordinating strategies are made possible. To link centralized units (CU) and distributed units (DU),
and the DU to remote radio units (RRU), both the midhaul and fronthaul networks must
have higher capacity. The necessary fronthaul capacity is also influenced by the fluctuating
instantaneous user traffic. Consequently, the 5G RAN must be able to dynamically change
its centralization level to the user traffic to maximize its performance. To try to relieve this
fronthaul capacity it has been considered a more flexible distribution between the base band
unit (BBU) (or CU and DU if enhanced common public radio interface (eCPRI) is considered) and the RRU. It may be challenging to provide high-speed data services in crowded
areas, particularly when there is imperfect coverage or significant interference. Because of
this, the macrocell deployment is insufficient. This problem for outdoor users could be resolved by the introduction of low-power nodes with a limited coverage area. In this context,
this MSc dissertation explores, in an urban micro cell scenario model A (UMi_A) for three
frequency bands (2.6 GHz, 3.5 GHz, and 5.62 GHz), the highest data rate achievable when a
numerology zero is used. For this, it was necessary the implementation of the UMi_A in the
5G-air-simulator. Allowing the determination of the saturation level using the results for the
packet loss ratio (PLR=2%). By assuming Open RAN (O-RAN) and functional splitting, the
performance of two schedulers in terms of quality-of-service (QoS) were also studied. The
QoS-aware modified largest weighted delay first (M-LWDF) scheduler and the QoS-unaware
proportional fair (PF) scheduler. PLR was evaluated for both schedulers, whilst analyzing
the impact of break point distance while changing the frequency band. The costs, revenues,
profit in percentage terms, and other metrics were also estimated for the PF and M-LWDF
schedulers when used video (VID) and video plus best effort (VID+BE), with or without consideration of the functional splits 7.2 and 6, for the three frequency bands. One concluded
that the profit in percentage terms with functional split option 7.2 applied is always slightly
higher than with functional split option 6. It reaches a maximum profit of 366.92% in the
case of the M-LWDF scheduler, and 305.51% in the case of the PF scheduler, at a cell radius
of 0.4 km for the 2.6 GHz frequency band, considering a price of the traffic of 0.0002 €/min.
A quinta geração de redes móveis (5G), oferece ritmos de transmissão melhorados, atraso extremo-a-extremo reduzido, e um vasto número de ligações de rede. A 5G promete melhorar o desempenho das redes celulares em praticamente todos os aspectos relevantes. Uma parte da operação da rede é colocada numa unidade centralizada na rede de acesso de rádio (RAN) 5G com dimensionamento parcialmente centralizado. Ao centralizar estas funções, os custos operacionais decrescem, viabilizando-se as estratégias de coordenação. Para ligar as unidades centralizadas e unidades distribuídas, e por sua vez, unidades distribuidas e unidades de rádio remotas, ambos os midhaul e fronthaul devem ter uma capacidade mais elevada. A capacidade da fronthaul necessária é também influenciada pela flutuação do tráfego instantâneo dos utilizadores. Consequentemente, a RAN 5G deve ser capaz de alterar dinamicamente o seu nível de centralização para o tráfego de utilizadores, com objetivo de maximizar o seu desempenho. Para tentar aliviar o aumento da capacidade suportada pelo fronthaul, tem sido considerada uma distribuição mais flexível entre a unidade de banda base, BBU (ou unidade central e unidade distribuída se a interface de rádio pública comum melhorada, eCPRI, for considerada), e a unidade de rádio remota, RRU. Em áreas densamente povoadas, pode ser um desafio fornecer serviços de dados de elevada velocidade, particularmente quando existe uma cobertura deficiente ou interferência significativa. Por este motivo, o desenvolvimento de macrocélulas pode ser insuficiente, mas este problema para utilizadores em ambiente de exterior pode ser mitigado com a introdução de nós de potência reduzida com uma área de cobertura limitada. Neste contexto, esta dissertação de mestrado explora, num cenário urbano de microcélulas caracterizado pelo modelo A (UMi_A) para três bandas de frequência (2.6 GHz, 3.5 GHz, e 5.62 GHz), o débito binário máximo que se pode alcançar quando se utiliza numerologia zero. Para tal, foi necessária a implementação do UMi_A no 5G - air - simulator. Determinou-se o nivel de saturação, considerandose os resultados para a taxa de perda de pacotes (PLR=2%). Estudou-se o desempenho de dois escalonadores de pacotes em termos de qualidade de serviço (QoS), assumindo-se o OpenRAN (O-RAN) e as divisões funcionais (functionalsplitting). Um dos escalonadores é ciente da QoS, e é de atraso máximo-superior ponderado primeiro (M-LWDF), enquanto que o outro não é ciente da QoS, e é de justiça proporcional (PF). Avaliou-se o PLR para ambos os escalonadores de pacotes, estudando-se o impacto da distância de ponto de quebra (breakpointdistance), variando-se a banda de frequências. Foram também estimados os custos, proveitos, o lucro (em percentagem), e outras metricas, para os escalonadores PF e M-LWDF, considerando o vídeo (VID) e vídeo mais besteffort (VID+BE) como aplicações, com ou sem a consideração das divisões funcionais 7.2 e 6, para as três bandas de frequência. Concluiu-se que o lucro em termos percentuais, com a escolha da opção de divisão funcional 7.2, é sempre ligeiramente mais elevado do que com a opção de divisão funcional 6. Atingese um lucro máximo de 366,92% no caso do escalonador M-LWDF, e de 305,51% no caso do escalonador PF, para um raio de célula de 0,4 km, para a banda de frequência de 2,6 GHz, considerando-se um preço do tráfego de 0,0002 €/min.
A quinta geração de redes móveis (5G), oferece ritmos de transmissão melhorados, atraso extremo-a-extremo reduzido, e um vasto número de ligações de rede. A 5G promete melhorar o desempenho das redes celulares em praticamente todos os aspectos relevantes. Uma parte da operação da rede é colocada numa unidade centralizada na rede de acesso de rádio (RAN) 5G com dimensionamento parcialmente centralizado. Ao centralizar estas funções, os custos operacionais decrescem, viabilizando-se as estratégias de coordenação. Para ligar as unidades centralizadas e unidades distribuídas, e por sua vez, unidades distribuidas e unidades de rádio remotas, ambos os midhaul e fronthaul devem ter uma capacidade mais elevada. A capacidade da fronthaul necessária é também influenciada pela flutuação do tráfego instantâneo dos utilizadores. Consequentemente, a RAN 5G deve ser capaz de alterar dinamicamente o seu nível de centralização para o tráfego de utilizadores, com objetivo de maximizar o seu desempenho. Para tentar aliviar o aumento da capacidade suportada pelo fronthaul, tem sido considerada uma distribuição mais flexível entre a unidade de banda base, BBU (ou unidade central e unidade distribuída se a interface de rádio pública comum melhorada, eCPRI, for considerada), e a unidade de rádio remota, RRU. Em áreas densamente povoadas, pode ser um desafio fornecer serviços de dados de elevada velocidade, particularmente quando existe uma cobertura deficiente ou interferência significativa. Por este motivo, o desenvolvimento de macrocélulas pode ser insuficiente, mas este problema para utilizadores em ambiente de exterior pode ser mitigado com a introdução de nós de potência reduzida com uma área de cobertura limitada. Neste contexto, esta dissertação de mestrado explora, num cenário urbano de microcélulas caracterizado pelo modelo A (UMi_A) para três bandas de frequência (2.6 GHz, 3.5 GHz, e 5.62 GHz), o débito binário máximo que se pode alcançar quando se utiliza numerologia zero. Para tal, foi necessária a implementação do UMi_A no 5G - air - simulator. Determinou-se o nivel de saturação, considerandose os resultados para a taxa de perda de pacotes (PLR=2%). Estudou-se o desempenho de dois escalonadores de pacotes em termos de qualidade de serviço (QoS), assumindo-se o OpenRAN (O-RAN) e as divisões funcionais (functionalsplitting). Um dos escalonadores é ciente da QoS, e é de atraso máximo-superior ponderado primeiro (M-LWDF), enquanto que o outro não é ciente da QoS, e é de justiça proporcional (PF). Avaliou-se o PLR para ambos os escalonadores de pacotes, estudando-se o impacto da distância de ponto de quebra (breakpointdistance), variando-se a banda de frequências. Foram também estimados os custos, proveitos, o lucro (em percentagem), e outras metricas, para os escalonadores PF e M-LWDF, considerando o vídeo (VID) e vídeo mais besteffort (VID+BE) como aplicações, com ou sem a consideração das divisões funcionais 7.2 e 6, para as três bandas de frequência. Concluiu-se que o lucro em termos percentuais, com a escolha da opção de divisão funcional 7.2, é sempre ligeiramente mais elevado do que com a opção de divisão funcional 6. Atingese um lucro máximo de 366,92% no caso do escalonador M-LWDF, e de 305,51% no caso do escalonador PF, para um raio de célula de 0,4 km, para a banda de frequência de 2,6 GHz, considerando-se um preço do tráfego de 0,0002 €/min.
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5g 5g-Air-Simulator Cost/Revenue Trade-Off Delay Fairness Functional Splits Goodput Open Ran Packet Loss Ratio Performance Evaluation Small Cells