Дослідження та моделювання мереж мобільного зв’язку 5G Advanced

Автор: Улуснов Костянтин Анатолійович
Кваліфікаційний рівень: магістр (ОНП)
Спеціальність: Телекомунікації та радіотехніка (освітньо-наукова програма)
Інститут: Інститут інформаційно-комунікаційних технологій та електронної інженерії
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2024-2025 н.р.
Мова захисту: українська
Анотація: Дипломна робота присвячена дослідженню та моделюванню мобільних мережах 5G Advanced з використанням інструментів MATLAB. Актуальність роботи зумовлена стрімким розвитком технологій 5G та переходом до 5G Advanced, які забезпечують високу пропускну здатність, низьку затримку та підтримку масових підключень. Розгортання таких мереж у міських умовах, де є проблеми з поширенням сигналу через перешкоди, вимагає точного моделювання покриття та ефективного управління радіоресурсами. Дане дослідження сприяє оптимізації мереж 5G з урахуванням міського рельєфу та специфіки передачі сигналів в реальних умовах. У першому розділі розглядається еволюція стандартів мобільного зв’язку, що охоплює всі покоління від 1G до сучасних технологій 5G Advanced. Зокрема, акцентується увага на основних етапах розвитку мобільних мереж, технологіях, що дозволили значно підвищити швидкість передачі даних та знизити затримки у зв’язку. Окремо висвітлюються ключові аспекти технології MIMO (Multiple Input Multiple Output), яка є важливим елементом у розвитку 5G Advanced, та її роль у забезпеченні ефективності мережі. Також розглядається концепція використання частотних діапазонів mmWave, що обіцяють значні переваги в термінах пропускної здатності, особливо в густонаселених районах з високими вимогами до швидкості передачі даних. Важливою частиною розділу є аналіз переваг і технологічних викликів, що виникають при впровадженні 5G Advanced, зокрема в умовах міської забудови Другий розділ присвячений структурно-функціональним моделям розгортання мереж 5G Advanced. Розглядаються функціональні характеристики мережі, що включають підтримку широкосмугових сервісів з високою пропускною здатністю та низькою затримкою. Важливим аспектом є архітектурні підходи до розгортання мереж, серед яких особлива увага приділяється розподіленим і централізованим моделям [1]. Одним із ключових напрямків є інтеграція штучного інтелекту (ШІ) в управління мережею 5G, що дозволяє ефективно управляти мережевими ресурсами та забезпечувати якість обслуговування (QoS) навіть при високому навантаженні. Вивчаються також методи управління трафіком, розподілу радіоресурсів і адаптивної зміни параметрів мережі в реальному часі для забезпечення оптимального обслуговування користувачів [2]. Розділ завершується висновками щодо потенціалу різних архітектурних рішень і можливостей інтеграції новітніх технологій, таких як ШІ, для вдосконалення роботи мереж 5G Advanced. У третьому розділі досліджуються методи моделювання та аналізу сигналів 5G Advanced за допомогою інструментів MATLAB та 5G Toolbox. Розглядаються різні частотні спектри, які використовуються для передачі сигналів у мережах 5G, включаючи частоти до 6 ГГц та mmWave діапазони, зокрема 28 ГГц. У цьому контексті важливим є дослідження характеристик поширення сигналів і оцінка якості сигналів на різних етапах їх обробки, включаючи декодування та тестування системної інформації. Моделюється також використання 5G Waveform Generator для генерації різних типів сигналів, що дозволяє проводити тестування і налаштування параметрів системи. Вивчаються фактори, що впливають на якість зв’язку, зокрема рівень потужності сигналу, затримки та викиди шуму, а також коригування параметрів для забезпечення оптимальних характеристик мережі [3]. Четвертий розділ присвячений моделюванню покриття та розподілу радіоресурсів в мережах 5G Advanced, зокрема у складному міському середовищі Львова [4]. В розділі розглядаються методи моделювання поширення сигналу, що враховують як умови прямої видимості (LOS), так і умови поза прямою видимістю (NLOS), що є важливими в урбанізованих районах з великою щільністю будівель. Створюються карти покриття та визначаються ділянки з найкращою пропускною здатністю для користувачів. Особливу увагу приділено розподілу радіоресурсів, що забезпечує ефективне використання спектру частот для різних користувачів у міських умовах [5]. Також моделюються можливості використання мережі 5G для відстеження безпілотних літальних апаратів (БПЛА), що є перспективним напрямком для майбутніх застосувань 5G у галузі дронів і геолокаційних технологій. У висновках розділу підсумовуються основні результати моделювання та їх значення для розгортання 5G Advanced у міських умовах. У п’ятому розділі проводиться порівняльний економічний аналіз застосування мереж 5G та 4G на прикладі фрагменту мережі. Оцінюються витрати на інфраструктуру, обладнання та експлуатацію, а також потенційні переваги 5G, такі як висока пропускна здатність і знижена затримка. Аналіз охоплює порівняння витрат на базові станції, частотні ресурси та технічні характеристики, як-от масивне MIMO та mmWave. Зроблено висновок про економічну вигідність переходу до 5G, особливо для високонавантажених міських районів.