Optimización de cobertura en redes 5G urbanas usando digital twins y técnicas de ray tracing

Abstract

Este estudio implementa un gemelo digital del centro histórico de Cuenca para evaluar y optimizar la cobertura 5G en un entorno urbano denso. La alta concentración de edificaciones genera zonas de sombra y afecta la calidad del servicio, lo que hace necesario el uso de modelos de propagación de alta fidelidad como el ray tracing para la planificación de redes. Se construyó un entorno virtual tridimensional y se empleó Sionna RT para simular la propagación de la señal en la banda media de 3.5 GHz. A diferencia de los enfoques de optimización angular simple, este trabajo propuso una metodología de optimización de dos etapas: primero, se optimizaron las posiciones de los transmisores (Tx) tipo ULA mediante un algoritmo de Enjambre de Partículas (PSO); segundo, con los Tx en estas posiciones óptimas, se configuraron con arreglos MIMO UPA (4×4) y se optimizó su orientación mediante un algoritmo Bayesiano, siempre con el objetivo de mejorar el desempeño del enlace en términos de SINR. La cobertura funcional (P(SINR > 0 dB)) pasó de 39.84% en el escenario base a 43.04% tras la optimización de posición, mientras que la optimización angular permitió elevar la calidad del enlace, logrando que regiones específicas superaran los 5 dB de SINR, a pesar de una cobertura funcional del 39.95%. Esto confirma que la integración de las herramientas utilizadas es un método robusto para mejorar la cobertura urbana y reducir riesgos de predespliegue.