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Open-air 5G services testbed-study of electromagnetic interference effects on wireless sensor network using 5G technology
González Carrasquillo, Andrés G.
González Carrasquillo, Andrés G.
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Abstract
The increasing deployment of Fifth Generation (5G) cellular infrastructure in indoor environments such as airports demands an evaluation of wireless network resilience under Radio Frequency Interference (RFI) conditions. This graduate engineering project presents the design, implementation, and experimental evaluation of a 5G-based Internet of Things (IoT) environmental monitoring node developed as part of an open-air 5G services testbed at the University of Puerto Rico at Mayagüez (UPRM) in collaboration with Collins Aerospace. The prototype integrates a Raspberry Pi (RPi) based processing unit, a Quectel RM502Q-AE 5G module operating with a commercial 5G Subscriber Identity Module (SIM), and multiple environmental sensors within a unified architecture capable of remote monitoring. Controlled RFI was introduced using calibrated signal generators under both vertical and horizontal transmitter antenna (TX) polarizations to evaluate network degradation thresholds of the IoT node, which employs mirrored slanted receiver antenna (RX) polarizations. These tests were conducted to analyze network mode transitions, latency variation, and data rate performance under defined applied signal generator power output (Pout) levels that emit RFI to the cellular network. Results demonstrate measurable differences in network stability and fallback behavior depending on polarization orientation, with defined Pout levels triggering 5G mode fallback. The findings provide insight into the susceptibility of 5G IoT systems operating in indoor environments and contribute to the development of more resilient wireless monitoring architectures.
El creciente despliegue de infraestructura 5G en entornos interiores, como los aeropuertos, exige evaluar la resiliencia de la red inalámbrica bajo condiciones de RFI. Este proyecto de ingeniería de posgrado presenta el diseño, implementación y evaluación experimental de un nodo de monitorización ambiental del IoT basado en 5G, desarrollado como parte de un banco de pruebas de servicios 5G al aire libre en la UPRM en colaboración con Collins Aerospace. El prototipo integra una unidad de procesamiento basada en RPi, un módulo Quectel RM502Q-AE 5G que funciona con una SIM 5G comercial, y múltiples sensores ambientales dentro de una arquitectura unificada capaz de monitorización remota. Se introdujo RFI controlada mediante generadores de señal calibrados bajo polarizaciones verticales y horizontales de TX para evaluar los umbrales de degradación de la red del nodo IoT, que emplea polarizaciones de RX inclinadas y espejadas. Estas pruebas se realizaron para analizar transiciones de modo de red, variaciones de latencia y rendimiento de la velocidad de datos bajo niveles de Pout definidos y aplicados. Los resultados demuestran diferencias medibles en la estabilidad de la red y en el comportamiento de respaldo según la orientación de polarización, con niveles definidos de Pout que activan el modo de caída 5G. Los hallazgos ofrecen una visión sobre la susceptibilidad de los sistemas IoT 5G que operan en entornos interiores y contribuyen al desarrollo de arquitecturas de monitorización inalámbricas más resistentes.
El creciente despliegue de infraestructura 5G en entornos interiores, como los aeropuertos, exige evaluar la resiliencia de la red inalámbrica bajo condiciones de RFI. Este proyecto de ingeniería de posgrado presenta el diseño, implementación y evaluación experimental de un nodo de monitorización ambiental del IoT basado en 5G, desarrollado como parte de un banco de pruebas de servicios 5G al aire libre en la UPRM en colaboración con Collins Aerospace. El prototipo integra una unidad de procesamiento basada en RPi, un módulo Quectel RM502Q-AE 5G que funciona con una SIM 5G comercial, y múltiples sensores ambientales dentro de una arquitectura unificada capaz de monitorización remota. Se introdujo RFI controlada mediante generadores de señal calibrados bajo polarizaciones verticales y horizontales de TX para evaluar los umbrales de degradación de la red del nodo IoT, que emplea polarizaciones de RX inclinadas y espejadas. Estas pruebas se realizaron para analizar transiciones de modo de red, variaciones de latencia y rendimiento de la velocidad de datos bajo niveles de Pout definidos y aplicados. Los resultados demuestran diferencias medibles en la estabilidad de la red y en el comportamiento de respaldo según la orientación de polarización, con niveles definidos de Pout que activan el modo de caída 5G. Los hallazgos ofrecen una visión sobre la susceptibilidad de los sistemas IoT 5G que operan en entornos interiores y contribuyen al desarrollo de arquitecturas de monitorización inalámbricas más resistentes.
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Date
2026-05-08
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5G, IoT, Radio Frequency Interference, Wireless Sensor Network, Remote Sensing
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