Multi-connectivity for user throughput enhancement in 5G non-terrestrial networks

Abstract

Fifth Generation (5G) wireless systems aim to confront with such use-cases as Ultra-Reliable Low Latency Communications (URLLC), massive Machine-Type Communications (mMTC) and enhanced Mobile Broadband (eMBB). To meet the increasing throughput and reliability demands, satellites may be used to complement the 5G Terrestrial Networks (TNs), e.g., in rural areas, in case of emergencies or in areas with peak demands. The EU funded "Dynamic spectrum sharing and bandwidth-efficient techniques for high-throughput MIMO Satellite systems" (DYNASAT) project focuses on research on techniques which aim to improve reliability and throughput in Non-Terrestrial Networks (NTNs). Multi-Connectivity (MC), where a user can be connected to multiple base stations simultaneously, is one of the bandwidth efficient techniques under the research in the project. In this master’s thesis, the focus is on MC to improve users’ experienced throughput. First, a study of relevant specifications and algorithms is performed. Then, MC feature is implemented to a 5G NTN simulator. The simulation results indicate that there exist scenarios where using MC in 5G NTNs is beneficial. The significance of this thesis lies in the fact that there exist no service providers that offer system level simulations for 5G NTNs with MC support and packet-level precision.

Viidennen sukupolven (5G) langattomat järjestelmät pyrkivät vastaamaan sellaisiin tarpeisiin kuin erittäin luotettava, matalan viiveen viestintä, massiivinen koneiden välinen viestintä sekä parannettu mobiililaajakaista. Satelliittiverkkoja voidaan käyttää täydentämään maanpäällisiä verkkoja, jotta kasvavat tiedonsiirto-sekä luotettavuustarpeet saadaan tyydytettyä esim. maaseuduilla, onnettomuuksien sattuessa tai alueilla, joilla on korkea tiedonsiirtotarve. EU-rahoitteinen DYNASAT-projekti keskittyy tutkimaan tekniikoita, joilla pyritään kasvattamaan yhteyksien luotettavuutta ja tiedonsiirtokykyä satelliittiverkoissa. Moniyhteydellisyys, jossa päätelaite voi olla yhteydessä useaan tukiasemaan samanaikaisesti, on yksi projektissa kaistanleveyden tehokkuuuden parantamiseksi tutkittu keino. Tässä diplomityössä tutkimusaiheena on moniyhteydellisyys käyttäjien kokeman tiedonsiirron parantamiseksi. Ensin suoritetaan kirjallisuuskatsaus olennaisiin määrityksiin sekä algoritmeihin. Sen jälkeen kehitetään moniyhteydellisyysominaisuus 5G satelliittiverkkosimulaattoriin. Simulaatiotulokset osoittavat, että on skenaarioita, joissa mo- niliitännäisyydestä on hyötyjä 5G satelliittiverkoissa. Tämän diplomityön merkittävyys on siinä, että ei ole toimijoita, jotka tarjoaisivat 5G satelliittiverkkosimulaatioita moniyhteydellisyystuella sekä pakettitason tarkkuudella.