Despliegue de redes 5G en Colombia : simulación y análisis de métricas de desempeño

Abstract

Este trabajo final de maestría se enfocó en el estudio y la simulación de escenarios de despliegue end-to-end de redes 5G, tanto actuales como previstos, en una zona residencial urbana de Colombia. Se analizaron escenarios de implementación de redes 5G en configuraciones independientes (SA) y no independientes (NSA), comparando los resultados con redes 4G. Para la simulación, se utilizó como principal herramienta el simulador de software libre NS-3, basado en C++, seleccionado tras una revisión de literatura debido a su modularidad, versatilidad y soporte en línea. Este simulador genera métricas de desempeño como throughput, jitter, latencias y potencias, representadas en mapas REM (Radio Environment Map), lo que, conforme a la normativa colombiana (Resolución 3947 del MinTIC), permite evaluar la calidad del servicio y la cobertura. Se realizaron análisis y pruebas de dos módulos NS3 5G: 5G-LENA el cuál fue desarrollado por el CTTC (Centre Tecnològic de Telecomunicacions de Catalunya) y mmWave que es desarrollado por NYU WIRELESS y Sharp Laboratories of America. Estos dos módulos ofrecen modelos del canal de comunicación inhalámbrico, permitiendo simulaciones de inicio a fin (end to end); el primero basado en el modelo 3GPP TR 38.901 SCM de 0.5 a 100 GHz y el segundo en modelos de canal basados en mediciones del mundo real entre las frecuencias de 0.5 a 100 GHz. Con la herramienta definida y los módulos probados, se crea el código que permitirá simular los distintos escenarios propuestos, considerando las arquitecturas sugeridad por el 3GPP (3rd Generation Partnership Project), la ITU (International Telecommunication Union), y los principales proveedores de equipos 5G en Colombia (Nokia y Huawei) de la Ossa Camilo Eduardo [2024]. Aunque la simulación presentó muchos retos en cuanto a la generación de los escenarios planteados, en especial para la opción NSA, se sortearon exitosamente incluyendo el módulo mmWave que incluye la interfáz X2 necesaria para el handover y comunicación entre las antenas 5G (gNodeb) y LTE (eNodeb). Finalmente, con base en las métricas obtenidas en la simulación, se realizó un análisis y se formularon recomendaciones para el despliegue de redes 5G en Colombia, identificando desafíos y posibles líneas de trabajo futuro que podrían contribuir a un despliegue eficiente y ágil (Texto tomado de la fuente).

This final master’s thesis focused on the study and simulation of end-to-end deployment scenarios of 5G networks, both current and planned, in an urban residential area of Colombia. Deployment scenarios of 5G networks in stand-alone (SA) and non stand-alone (NSA) configurations were analyzed, comparing the results with 4G networks. For the simulation, the main tool used was the free software simulator NS-3, based on C++, selected after a literature review due to its modularity, versatility and online support. This simulator generates performance metrics such as throughput, jitter, latencies and powers, represented in REM (Radio Environment Map) maps, which, according to Colombian regulations (Resolution 3947 of MinTIC), allows evaluating the quality of service and coverage. Two NS3 5G modules were analyzed and tested: 5G-LENA which was developed by CTTC (Centre Tecnològic de Telecomunicacions de Catalunya) and NYUSIM which is developed by NYU WIRELESS and Sharp Laboratories of America. These two modules offer models of the wireless communication channel, allowing end-to-end simulations; the first one based on the 3GPP TR 38.901 SCM model from 0.5 to 100 GHz and the second one on channel models based on real world measurements between 0.5 to 100 GHz frequencies. With the tool defined and the modules tested, the code is created to simulate the different scenarios proposed, considering the architectures suggested by the 3GPP (3rd Generation Partnership Project), the ITU (International Telecommunication Union), and the main suppliers of 5G equipment in Colombia (Nokia and Huawei) de la Ossa Camilo Eduardo [2024]. Although the simulation presented many challenges in terms of generating the scenarios, especially for the NSA option, they were successfully overcome by including the mmWave module that includes the X2 interface necessary for the handover and communication between the 5G (gNodeb) and LTE (eNodeb) antennas. Finally, based on the metrics obtained in the simulation, an analysis was made and recommendations were formulated for the deployment of 5G networks in Colombia, identifying challenges and possible lines of future work that could contribute to an efficient and agile deployment.