Updating analysis of key performance indicators of 4G LTE network with the prediction of missing values of critical network parameters based on experimental data from a dense urban environment
Creators
- 1. Ruhr University Bochum
- 2. University of Lagos
- 3. Ambrose Alli University
- 4. Federal University Lokoja
Description
In practice, field measurements often show missing data due to several dynamic factors. However, the complete data about a given environment is key to characterizing the radio features of the terrain for a high quality of service. In order to address this problem, field data were collected from a dense urban environment, and the missing parameters were predicted using the Piecewise Cubic Hermite Interpolating Polynomial (PCHIP) algorithm. The field measurement was taken around Victoria Island and Ikoyi in Lagos, Nigeria. The test equipment comprises a Global Positioning System (GPS) and a Fourth Generation (4G) Long Term Evolution (LTE) modem equipped with a 2×2 MIMO antenna, employing 64 Quadrature Amplitude Modulation (QAM). The Modem was installed on a personal computer and assembled inside a test vehicle driven at a near-constant speed of 30 km/h to minimize possible Doppler effects. Specifically, the test equipment records 67 LTE parameters at 1 s intervals, including the time and coordinates of the mobile station. Thirty-two parameters were logged at 42,498 instances corresponding to 11 h, 48 min and 18 s of data logging on the mobile terminal. Sixteen important 4G LTE parameters were extracted and analyzed. The statistical errors were calculated when the missing values were exempted from the analyses and when the missing values were incorporated using the PCHIP algorithm. In particular, this update paper estimated the missing values of critical network parameters using the PCHIP algorithm, which was not covered in the original article. Also, the error statistics between the data (histograms) and the corresponding probability density function curves for the measured data with missing values and the data filled with the missing values using the PCHIP algorithm are derived. Additionally, the accuracy of the PCHIP algorithm was analysed using standard statistical error analysis. More network parameters have been tested in the update article than in the original article, presenting only basic statistics and fewer network parameters. Overall, results indicate that only the parameters which measure the throughput values follow the half-normal distribution while others follow the normal distribution.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
من الناحية العملية، غالبًا ما تُظهر القياسات الميدانية البيانات المفقودة بسبب العديد من العوامل الديناميكية. ومع ذلك، فإن البيانات الكاملة حول بيئة معينة هي المفتاح لتوصيف ميزات الراديو في التضاريس للحصول على جودة عالية من الخدمة. من أجل معالجة هذه المشكلة، تم جمع البيانات الميدانية من بيئة حضرية كثيفة، وتم التنبؤ بالمعلمات المفقودة باستخدام خوارزمية Piecewise Cubic Hermite Interpolating Polynomial (PCHIP). تم أخذ القياس الميداني حول جزيرة فيكتوريا وإيكويي في لاغوس، نيجيريا. تشتمل معدات الاختبار على نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) ومودم من الجيل الرابع (4G) للتطور طويل الأجل (LTE) مزود بهوائي MIMO 2×2، يستخدم 64 تعديل السعة التربيعية (QAM). تم تركيب المودم على جهاز كمبيوتر شخصي وتجميعه داخل مركبة اختبار يتم قيادتها بسرعة شبه ثابتة تبلغ 30 كم/ساعة لتقليل تأثيرات دوبلر المحتملة. على وجه التحديد، تسجل معدات الاختبار 67 معلمة LTE على فترات 1 ثانية، بما في ذلك وقت وإحداثيات المحطة المتنقلة. تم تسجيل اثنين وثلاثين معلمة عند 42,498 حالة تتوافق مع 11 ساعة و 48 دقيقة و 18 ثانية من تسجيل البيانات على الوحدة الطرفية المتنقلة. تم استخراج وتحليل ستة عشر معلمة مهمة من معلمات 4G LTE. تم حساب الأخطاء الإحصائية عندما تم استثناء القيم المفقودة من التحليلات وعندما تم دمج القيم المفقودة باستخدام خوارزمية PCHIP. على وجه الخصوص، قدرت ورقة التحديث هذه القيم المفقودة لمعلمات الشبكة الحرجة باستخدام خوارزمية PCHIP، والتي لم يتم تناولها في المقالة الأصلية. أيضًا، يتم اشتقاق إحصائيات الخطأ بين البيانات (المدرج التكراري) ومنحنيات دالة الكثافة الاحتمالية المقابلة للبيانات المقاسة ذات القيم المفقودة والبيانات المملوءة بالقيم المفقودة باستخدام خوارزمية PCHIP. بالإضافة إلى ذلك، تم تحليل دقة خوارزمية PCHIP باستخدام تحليل الخطأ الإحصائي القياسي. تم اختبار المزيد من معلمات الشبكة في مقالة التحديث أكثر من المقالة الأصلية، مما يقدم إحصائيات أساسية فقط وعددًا أقل من معلمات الشبكة. بشكل عام، تشير النتائج إلى أن المعلمات التي تقيس قيم الإنتاجية فقط تتبع التوزيع نصف الطبيعي بينما يتبع البعض الآخر التوزيع الطبيعي.Translated Description (French)
Dans la pratique, les mesures sur le terrain montrent souvent des données manquantes en raison de plusieurs facteurs dynamiques. Cependant, les données complètes sur un environnement donné sont essentielles pour caractériser les caractéristiques radio du terrain pour une haute qualité de service. Afin de résoudre ce problème, des données de terrain ont été collectées dans un environnement urbain dense, et les paramètres manquants ont été prédits à l'aide de l'algorithme Piecewise Cubic Hermite Interpolating Polynomial (PCHIP). La mesure sur le terrain a été effectuée autour de l'île Victoria et d'Ikoyi à Lagos, au Nigéria. L'équipement de test comprend un système de positionnement global (GPS) et un modem à évolution à long terme (LTE) de quatrième génération (4G) équipé d'une antenne MIMO 2×2, utilisant une modulation d'amplitude en quadrature (QAM) 64. Le Modem a été installé sur un ordinateur personnel et assemblé à l'intérieur d'un véhicule d'essai conduit à une vitesse quasi constante de 30 km/h afin de minimiser les effets Doppler possibles. Plus précisément, l'équipement de test enregistre 67 paramètres LTE à des intervalles de 1 s, y compris l'heure et les coordonnées de la station mobile. Trente-deux paramètres ont été enregistrés à 42 498 instances correspondant à 11 h, 48 min et 18 s d'enregistrement de données sur le terminal mobile. Seize paramètres LTE 4G importants ont été extraits et analysés. Les erreurs statistiques ont été calculées lorsque les valeurs manquantes ont été exemptées des analyses et lorsque les valeurs manquantes ont été incorporées à l'aide de l'algorithme PCHIP. En particulier, ce document de mise à jour a estimé les valeurs manquantes des paramètres critiques du réseau à l'aide de l'algorithme PCHIP, qui n'était pas couvert dans l'article original. En outre, les statistiques d'erreur entre les données (histogrammes) et les courbes de fonction de densité de probabilité correspondantes pour les données mesurées avec des valeurs manquantes et les données remplies avec les valeurs manquantes à l'aide de l'algorithme PCHIP sont dérivées. De plus, la précision de l'algorithme PCHIP a été analysée à l'aide d'une analyse statistique d'erreur standard. Plus de paramètres réseau ont été testés dans l'article de mise à jour que dans l'article d'origine, ne présentant que des statistiques de base et moins de paramètres réseau. Dans l'ensemble, les résultats indiquent que seuls les paramètres qui mesurent les valeurs de débit suivent la distribution semi-normale tandis que d'autres suivent la distribution normale.Translated Description (Spanish)
En la práctica, las mediciones de campo a menudo muestran datos faltantes debido a varios factores dinámicos. Sin embargo, los datos completos sobre un entorno determinado son clave para caracterizar las características de radio del terreno para una alta calidad de servicio. Para abordar este problema, se recopilaron datos de campo de un entorno urbano denso, y los parámetros faltantes se predijeron utilizando el algoritmo de polinomio interpolante de hermita cúbica a trozos (PCHIP). La medición de campo se realizó alrededor de la isla Victoria e Ikoyi en Lagos, Nigeria. El equipo de prueba comprende un sistema de posicionamiento global (GPS) y un módem de evolución a largo plazo (LTE) de cuarta generación (4G) equipado con una antena mimo 2×2, que emplea una modulación de amplitud en cuadratura (QAM) de 64. El módem se instaló en un ordenador personal y se montó dentro de un vehículo de prueba conducido a una velocidad casi constante de 30 km/h para minimizar los posibles efectos Doppler. Específicamente, el equipo de prueba registra 67 parámetros LTE a intervalos de 1 s, incluyendo el tiempo y las coordenadas de la estación móvil. Se registraron treinta y dos parámetros en 42.498 instancias correspondientes a 11 h, 48 min y 18 s de registro de datos en el terminal móvil. Se extrajeron y analizaron dieciséis parámetros importantes de 4G LTE. Los errores estadísticos se calcularon cuando los valores faltantes estaban exentos de los análisis y cuando los valores faltantes se incorporaron utilizando el algoritmo PCHIP. En particular, este documento de actualización estimó los valores faltantes de los parámetros críticos de la red utilizando el algoritmo PCHIP, que no se cubrió en el artículo original. Además, se derivan las estadísticas de error entre los datos (histogramas) y las curvas de función de densidad de probabilidad correspondientes para los datos medidos con valores faltantes y los datos rellenados con los valores faltantes utilizando el algoritmo PCHIP. Además, se analizó la precisión del algoritmo PCHIP mediante el análisis de errores estadísticos estándar. Se han probado más parámetros de red en el artículo de actualización que en el artículo original, presentando solo estadísticas básicas y menos parámetros de red. En general, los resultados indican que solo los parámetros que miden los valores de rendimiento siguen la distribución semi-normal, mientras que otros siguen la distribución normal.Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- تحديث تحليل مؤشرات الأداء الرئيسية لشبكة الجيل الرابع LTE مع التنبؤ بالقيم المفقودة لمعلمات الشبكة الحرجة بناءً على البيانات التجريبية من بيئة حضرية كثيفة
- Translated title (French)
- Mise à jour de l'analyse des indicateurs de performance clés du réseau 4G LTE avec la prédiction des valeurs manquantes des paramètres critiques du réseau sur la base de données expérimentales provenant d'un environnement urbain dense
- Translated title (Spanish)
- Actualizar el análisis de los indicadores clave de rendimiento de la red 4G LTE con la predicción de los valores faltantes de los parámetros críticos de la red en función de los datos experimentales de un entorno urbano denso
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4229034644
- DOI
- 10.1016/j.dib.2022.108240
References
- https://openalex.org/W2096045964
- https://openalex.org/W2591582388
- https://openalex.org/W2914476538
- https://openalex.org/W2928931291
- https://openalex.org/W2964801665
- https://openalex.org/W3008467020
- https://openalex.org/W3008763973
- https://openalex.org/W3036812556
- https://openalex.org/W3096322381
- https://openalex.org/W3099050750
- https://openalex.org/W3161327419
- https://openalex.org/W3173316335
- https://openalex.org/W3211158205
- https://openalex.org/W3216178092
- https://openalex.org/W3217603063
- https://openalex.org/W4220963340
- https://openalex.org/W4229034644