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https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/48753| ORCID: | http://orcid.org/0000-0003-4767-5518 |
| Document type: | Tese |
| Access type: | Acesso Aberto |
| Title: | ARCADE: uma metodologia orientada a dados para modelagem e aprimoramento da cobertura de redes celulares |
| Alternate title (s): | ARCADE: a data-driven methodology for modeling and enhancing cellular network coverage |
| Author: | Oliveira, Daniel Ricardo Cunha |
| First Advisor: | Silva, Flávio de Oliveira |
| First member of the Committee: | Both, Cristiano Bonato |
| Second member of the Committee: | Quincozes, Silvio Ereno |
| Third member of the Committee: | Pasquini, Rafael |
| Fourth member of the Committee: | Corujo, Daniel Nunes |
| Fifth member of the Committee: | Silva, Flávio de Oliveira |
| Summary: | A evolução das redes móveis e o aumento de sua complexidade têm tornado o ajuste fino do ambiente de RF cada vez mais complexo.A evolução das redes móveis e o aumento de sua complexidade têm tornado o ajuste fino do ambiente de RF cada vez mais complexo. Com isso, há um esforço dos órgãos padronizadores e da indústria para a automação de processos trabalhosos e complexos, em especial o de aprimovamento da cobertura da RAN de um sistema celular. Algumas propostas, como a funcionalidade MDT, incluída nas últimas releases do 3GPP, visam à obtenção de dados crus da rede de modo a viabilizar o desenvolvimento de ferramentas que automatizem um trabalho que até então é realizado por engenheiros especializados. Porém, como observado na prática, os dados de cobertura de RF são muitas vezes esparsos e não fornecem por si só informações abrangentes sobre a cobertura das células de modo a viabilizar uma análise criteriosa e metódica. Os principais problemas que levam à perda de eficiência de cobertura são os chamados overshooting, quando a célula cobre mais do que deveria, interferindo e reduzindo a capacidade das células vizinhas, e undershooting, quando a cobertura é muito menor do que deveria, causando falhas de serviço e subutilização dos recursos de redes. A proposta deste trabalho é apresentar a metodologia Adaptative Radio Coverage Analysis through Data-driven Evolution (ARCADE) que, baseando-se em dados de RF obtidos por quaisquer métodos (como MDT, drive tests ou crowdsourcing), permite a determinação de uma configuração melhorada da cobertura de rede por meio de um processo evolutivo, de modo que possa ser futuramente automatizável dentro do próprio sistema. A proposta também tem como premissa que não há dados de projeto disponíveis (como altura de torres, direcionamento ou modelos de antenas, ou base de dados de terrenos), permitindo uma implementação auto-contida no próprio sistema celular. Isso elimina a dependência da confiabilidade e acuracidade desses dados e a necessidade de aquisição e integração dessas bases, simplificando a implementação da solução, além dos desvios dos vários modelos matemáticos teóricos de predição de propagação normalmente usados hoje. Este trabalho pode ser dividido em dois problemas distintos a serem investigados sucessivamente. O primeiro deles vem da necessidade de se ter um modelamento adequado do ambiente de RF com base em dados muitas vezes esparsos, dependendo do volume de usuários aderentes à funcionalidade ou ao aplicativo. Também temos que considerar que nos dados haverá pontos considerados como outliers, provenientes de erros de leitura ou processamento, ou mesmo de medidas muito esporádicas fora do contexto desejado (como por exemplo, de dispositivos de usuários localizados em terraços altos) e que podem distorcer radicalmente o modelamento das coberturas se não forem descartados. Além disso, as amostras também podem conter anomalias advindas de falhas de projeto, como células em overshooting (sobrecobertura) ou undershooting (subcobertura), sendo que essas anomalias devem ser corretamente representadas no modelo. O segundo problema é, após mapeado o ambiente de RF, o de se determinar de forma automática um conjunto de ajustes de parâmetros de rede de forma a se obter uma melhor eficiência de cobertura com qualidade -- ou seja, cobertura da portadora com dominância efetiva sobre interferência -- nesse sistema. Neste contexto, propõe-se nesta tese uma metodologia que abranja todos as etapas de um processo de melhoria da cobertura da rede que seja auto-contida no contexto de rede e com uma abordagem orientada a dados (data-driven), ou seja, que não dependa de modelagens matemáticas (por exemplo, modelos de propagação de rádio-frequências). Essa metodologia será proposta de maneira fim-a-fim, iniciando pelo exame da etapa de aquisição de dados (focado em uma implementação prática de crowdsourcing como alternativa ao drive test), passando pelo modelamento do ambiente de RF através de métodos para extrapolação dos dados que excluam outliers mas preservem as representações de anomalias de rede e, por fim, propondo um método de melhoria da cobertura do cluster que resulte em uma configuração de rede com desempenho superior com relação à configuração inicial. Os resultados mostram que, tanto a metodologia usada no modelamento é adequada ao problema proposto quanto o método para aprimoramento da cobertura mostrou um ganho significativo de qualidade de cobertura, com o ajuste (aumento ou redução) de potências das células do cluster, melhorando tanto a área coberta quanto a área com dominância de uma única servidora, situação ideal para redução da interferência de um sistema celular. |
| Abstract: | The evolution of mobile networks and the increasing complexity of their management have made fine-tuning the RF environment progressively more challenging. As a result, standardization bodies and industry players have been investing in the automation of labor-intensive and complex processes, particularly the improvement of RAN coverage in cellular systems. Some proposals, such as the MDT functionality introduced in recent 3GPP releases, aim to collect raw network data to enable the development of tools that automate tasks previously carried out by specialized engineers. However, as observed in practice, RF coverage data are often sparse and do not by themselves provide comprehensive information about cell coverage, making systematic and thorough analysis difficult. The main problems leading to coverage efficiency loss are known as overshooting, where a cell covers more area than intended, interfering with and reducing the capacity of neighboring cells, and undershooting, where coverage falls well short of the intended area, causing service gaps and underutilization of network resources. This work proposes the Adaptative Radio Coverage Analysis through Data-driven Evolution (ARCADE) methodology, which, drawing on RF data obtained by any means (such as MDT, drive tests, or crowdsourcing), enables the determination of an improved network coverage configuration through an evolutionary process, designed to be eventually automated within the system itself. The proposal also assumes that no design data are available (such as tower heights, antenna orientation, or antenna models, or terrain databases), allowing a self-contained implementation within the cellular system itself. This eliminates dependence on the reliability and accuracy of such data and the need to acquire and integrate these databases, simplifying solution deployment, while also avoiding the deviations inherent in the various theoretical mathematical propagation prediction models commonly used today. This work can be divided into two distinct problems to be investigated sequentially. The first arises from the need for adequate modeling of the RF environment based on data that are often sparse, depending on the volume of users participating in the feature or application. It must also be considered that the data will contain outlier points, stemming from reading or processing errors, or from highly sporadic measurements outside the intended context (such as those from user devices located on high rooftops), which can radically distort coverage modeling if not discarded. Furthermore, the samples may also contain anomalies arising from design faults, such as overshooting or undershooting cells, and these anomalies must be correctly represented in the model. The second problem, after the RF environment has been mapped, is the determination of a set of network parameter adjustments in order to achieve better coverage efficiency with quality -- that is, carrier coverage with effective dominance over interference -- in the system. In this context, this thesis proposes a methodology encompassing all stages of a network coverage improvement process that is self-contained within the network context and follows a data-driven approach -- that is, one that does not rely on mathematical modeling (e.g., radio frequency propagation models). This methodology is proposed end-to-end, beginning with an examination of the data acquisition stage (focused on a practical crowdsourcing implementation as an alternative to drive test), proceeding through RF environment modeling via data extrapolation methods that exclude outliers while preserving representations of network anomalies, and finally proposing a cluster coverage improvement method that yields a network configuration with superior performance relative to the initial configuration. Results show that both the modeling methodology is well-suited to the proposed problem and the coverage improvement method achieved significant gains in coverage quality, with cell power adjustments (increases or reductions) within the cluster improving both the covered area and the area with single-server dominance -- the ideal condition for interference reduction in a cellular system. |
| Keywords: | RAN celular redes móveis melhoria de cobertura expansão de dados processos gaussianos redes neurais CMA-ES LTE 4G 5G 6G |
| Area (s) of CNPq: | CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO::SISTEMAS DE COMPUTACAO::ARQUITETURA DE SISTEMAS DE COMPUTACAO |
| Subject: | Computação Sistemas de comunicação sem fio Redes neurais (Computação) |
| Language: | por |
| Country: | Brasil |
| Publisher: | Universidade Federal de Uberlândia |
| Program: | Programa de Pós-graduação em Ciência da Computação |
| Quote: | OLIVEIRA, Daniel Ricardo Cunha. ARCADE: uma metodologia orientada a dados para modelagem e aprimoramento da cobertura de redes celulares. 2026. 148 f. Tese (Doutorado em Ciência da Computação) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2026. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.te.2026.384. |
| Document identifier: | http://doi.org/10.14393/ufu.te.2026.384 |
| URI: | https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/48753 |
| Date of defense: | 6-May-2026 |
| Sustainable Development Goals SDGs: | ODS::ODS 12. Consumo e produção responsáveis - Assegurar padrões de produção e de consumo sustentáveis. |
| Appears in Collections: | TESE - Ciência da Computação |
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