Master's Thesis

A comprehensive analysis of mobile signals in 4G/5G networks

Final Thesis 29.86 MB Appendix 585 B

Author of thesis: Bc. Jakub Pachel

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: doc. Ing. Ladislav Polák, Ph.D.

Reviewer: Ing. Marek Šimka, Ph.D.

Abstract:

This thesis focuses on the measurement and evaluation of the coverage quality of fourthand fifth-generation mobile networks (4G and 5G) using smartphones. The measured data were collected using the G-NetTrack mobile application during measurements carried out in various environments, particularly while travelling by train, car, tram, and during walking measurements. The collected data were subsequently processed in the Python environment using statistical methods, geographical visualization, interpolation techniques, and selected machine learning models. The analysis focuses on the Reference Signal Received Power (RSRP), Signal-to-Noise Ratio (SNR), and network latency (PING) parameters, including monitoring of the utilized technologies and frequency bands depending on location. The thesis also deals with the possibility of estimating base station locations using the Timing Advance and the prediction of the spatial distribution of the RSRP parameter using interpolation methods and machine learning models. The results verify the possibilities of using commonly available devices for detailed analysis and evaluation of mobile network quality.

Keywords:

fourth generation of mobile communications (4G), fifth generation of mobile communications (5G), coverage mapping, mobile networks, machine learning, interpolation, G-NetTrack

Date of defence

09.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Student prezentuje výsledky a postupy řešení závěrečné práce. Následně odpovídá na dotazy vedoucího a oponenta práce a na dotazy členů zkušební komise.

Language of thesis

Czech

Faculty

Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií

Department

Department of Radio Electronics

Study programme

Electronics and Communication Technologies (MPC-EKT)

Composition of Committee

doc. Ing. Tomáš Frýza, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Ladislav Polák, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Tomáš Urbanec, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Jan Mikulka, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Patrik Kamencay, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
doc. Ing. Ladislav Polák, Ph.D.

Diplomová práca sa zaoberá analýzou dát získaných z meraní pokrytia rôznych prostredí signálom mobilných sietí 4G/5G pomocou mobilných telefónov a príslušnej aplikácii. Práca je rozdelená do piatich kapitol. Prvá kapitola podáva krátky a všeobecný prehľad o mobilných sieťach 4G a 5G, v ktorom nechýba ani vizuálny prehľad rozdelenia RF pásiem pre jednotlivých mobilných operátorov v Českej republike. Popis rôznych možností merania mobilných signálov 4G/5G, ako aj stručný opis tzv. indoor a outdoor prostredí a ich vplyv na meranie mobilného (rádiového) signálu, sú uvedené v druhej kapitole. Metódy, zahŕňajúce aj rôzne modely strojového učenia na spracovanie dát z dlhodobého merania pokrytia územia mobilným signálom, napríklad s cieľom vytvoriť mapu pokrytia pre skúmanú oblasť, sú stručne diskutované v tretej kapitole. Štvrtá a najrozsiahlejšia kapitola prezentuje postup vytvorenia tzv. frameworku pre spracovanie a analýzu dát z dlhodobých meraní pomocou mobilných telefónov. Študent pracoval nielen s vlastnými datasetmi, ale aj s datasetom, ktorý mu poskytol vedúci práce. Táto kapitola obsahuje aj prehľadnú analýzu datasetov a diskusiu výsledkov. Závery odvedenej práce sú zhrnuté v poslednej, piatej kapitole.

Rozsah diplomovej práce je nadštandardný a presahuje 70 strán. Práca je napísaná pomocou typografického systému LaTeX, jej formálna a grafická úroveň je vynikajúca. V texte práce sa vyskytuje minimum gramatických či terminologických preklepov, ktoré však nijako výrazne neznižujú kvalitu odvedenej práce. Pri prevzatých obrázkoch sú všade uvedené použité zdroje. Práca s literatúrou je na dobrej úrovni. Pán Bc. Pachel pracoval samostatne a možnosti konzultácií využíval podľa potreby. Výsledky meraní sú prehľadne spracované a za pozornosť stojí ich prezentovanie aj formou interaktívnych máp. Výsledky, ktoré boli predikované pomocou rôznych modelov strojového učenia, sú spracované štandardným spôsobom, no pre formulovanie všeobecnejších záverov by bolo potrebné uskutočniť viacero meracích kampaní. Všetky zdrojové súbory a datasety sú dostupné v repozitári na GitHube.

Zadanie práce bolo splnené, diplomovú prácu odporúčam na obhajobu a navrhujem bodové hodnotenie A / 92. Points proposed by supervisor: 92

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Marek Šimka, Ph.D.

Pan Jakub Pachel předložil diplomovou práci z celkového pohledu na velmi dobré úrovni. Zadání práce je průměrně náročné, avšak bylo splněné v plném rozsahu a v některých částech i nad rámec. Typografická a formální úroveň práce je výborná bez četných chyb. Prostor zůstává v rozsahu a výběru odborných zdrojů. Nicméně uvedené materiály jsou korektně citovány.
Pro různé scénáře došlo k naměření základních parametrů signálu. Následně byl koncept zpracování dat adekvátně navržen a realizován v jazyce Python. Analýza výstupů měřených alternativně mobilními telefony by zasloužila komplexnější přístup. Očekával bych ověření relevantnosti a porovnání dosažených výsledků alespoň pro některé scénáře třeba s dostupnými daty pokrytí od ČTÚ (Český Telekomunikační Úřad). Kromě toho práce nabízí predikci lokality BTS z parametru TA, která byla realizována pro pár scénářů a poskytuje zajímavé praktické výsledky. Zde se dalo vytěžit více ve zpracování výsledků. Například pro přehledné vyhodnocení v různých scénářích se nabízí vyjádření procentuální chyby predikce vůči vzdálenosti apod.
V rámci analýzy oceňuji vytvořené html mapy měřených dat, které považuji za významný přínos práce i díky tomu, že jsou dostupné online podobně jako výsledky na GitHub repozitáři. S ohledem na předcházející komentáře doporučuji práci k obhajobě a celkově dle mého názoru pan Jakub Pachel prokázal schopnost pracovat na vysoké odborné a technické úrovni. Topics for thesis defence:
  1. 1. Vysvětlete prosím význam vyjádření z Podkapitoly 2.1: "RSSI se udává v jednotce dBm, přičemž čím vyšší hodnota je, tím je přijatý signál kvalitnější." Znamená vyšší hodnota RSSI za všech okolností vyšší kvalitu mobilního signálu?
  2. 2. Kvalita signálu dle RSRP a RSRQ bývá hodnocena dle stejných úrovní pro LTE i pro 5G nebo se liší?
  3. 3. Dle jaké prahové hodnoty byly vybírány "nejrelevantnějších části heatmapy" v Kapitole 4.3?
Points proposed by reviewer: 88

Grade proposed by reviewer: B

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová