5G network planning and optimisation using Atoll

Abstract

This thesis consists on the study of some 5G NR key features such as massive MIMO and beamforming and how they are modelled by Atoll, a network design and planning software. For this, a single cell was deployed on a sample area of Barcelona and different coverage, signal quality, capacity predictions and simulations were carried out. Some parameters such as the receiver height, the transmitter height, the number of antennas used in transmission and reception, the number of beams used by the beam-based antennas, the number of users and the different MIMO techniques, were tested and varied in order to understand their impact in area the cell can cover, its capacity, the traffic loads that can be handled and the data rates experienced by the users. From the different studies performed, it was demonstrated how beamforming improved the signal quality and the network capacity thanks the high gain beams pointed toward users. Also, it was shown how the different MIMO techniques made use of diversity and capacity gains to improve the C/(I+N) level at the receiver and the user throughput.

Esta tesis consiste en el estudio de algunas de las características principales de 5G NR como lo son massive MIMO y beamforming y cómo son modeladas por Atoll, un software de diseño y planificación de redes. Para ello, una sola celda fue desplegada en un área de muestra de Barcelona y diferentes predicciones de cobertura, calidad de señal, capacidad y simulaciones fueron llevadas a cabo. Algunos parámetros, como la altura del receptor, la altura del transmisor, el número de antenas usado en transmisión y recepción, el número de beams utilizado por las antenas con capacidades de beamforming, el número de usuarios y las diferentes técnicas de MIMO fueron probadas y variadas con el fin de entender su impacto en el área que una celda puede cubrir, su capacidad, las cargas de tráfico que pueden ser manejadas y la velocidad de datos experimentada por los usuarios. De los diferentes estudios realizados, pudo ser demostrado cómo beamforming mejoró la calidad de la señal y la capacidad de la red gracias a los beams con alta ganancia apuntados hacia los diferentes usuarios. También, fue mostrado cómo las diferentes técnicas de MIMO hicieron uso de las ganancias de diversidad y de capacidad para mejorar el nivel de C/(I+N) en el receptor y las velocidades en el usuario.

Aquesta tesi consisteix en l'estudi d'algunes de les característiques principals de 5G NR com són massive MIMO i beamforming i com són modelades per Atoll, un programari de disseny i planificació de xarxes. Per a això, va ser desplegada una sola cel·la en una àrea de mostra de Barcelona i van ser dutes a terme diferents prediccions de cobertura, qualitat de senyal, capacitat i simulacions. Alguns paràmetres van ser provades i variats com l'altura del receptor, l'altura del transmissor, el nombre d'antenes usat en transmissió i recepció, el nombre de beams utilitzat per les antenes amb capacitats de beamforming, el nombre d'usuaris i les diferents tècniques de MIMO, per tal d'entendre el seu impacte en l'àrea que una cel·la pot cobrir, la seva capacitat, les càrregues de trànsit que poden ser manejades i velocitats de dades experimentada pels usuaris. Dels diferents estudis realitzats, va poder ser demostrat com el beamforming va millorar la qualitat del senyal i la capacitat de la xarxa gràcies als beams amb alt guany apuntant cap als diferents usuaris. També, va ser mostrat com les diferents tècniques de MIMO van fer ús dels guanys de diversitat i de capacitat per millorar el nivell de C/(I+N) en el receptor i les velocitats en l'usuari.