WIMAX-järjestelmien suorituskyvyn tutkiminen

Samankaltaiset tiedostot
Langattomien laajakaistaverkkojen teknis-taloudellinen vertailu

MONITILAISET TIEDONSIIRTOMENETELMÄT TÄRKEIMPIEN ASIOIDEN KERTAUS A Tietoliikennetekniikka II Osa 18 Kari Kärkkäinen Syksy 2015

Kanavamittaus moderneja laajakaistaisia HFjärjestelmiä

A! Modulaatioiden luokittelu. Luento 4: Digitaaliset modulaatiokonstellaatiot, symbolijonolähetteet. ELEC-C7230 Tietoliikenteen siirtomenetelmät

LYHYEN KANTAMAN LANGATTOMAT SIIRTOTAVAT

Kehittyneiden Aaltomuotojen Käytettävyys HF-alueen Tiedonsiirrossa

LYHYEN KANTAMAN LANGATTOMAT SIIRTOTAVAT

ELEKTRONISET TOIMINNOT

Algebralliset menetelmät virheenkorjauskoodin tunnistamisessa

Seminaariesitelmä. Channel Model Integration into a Direct Sequence CDMA Radio Network Simulator

Suodatus ja näytteistys, kertaus

Radioamatöörikurssi 2016

Älypuhelinverkkojen 5G. Otto Reinikainen & Hermanni Rautiainen

Radiokurssi. Modulaatiot, arkkitehtuurit, modulaattorit, ilmaisimet ja muut

Radioyhteys: Tehtävien ratkaisuja. 4π r. L v. a) Kiinteä päätelaite. Iso antennivahvistus, radioaaltojen vapaa eteneminen.

1 Määrittele seuraavat langattoman tiedonsiirron käsitteet.

Laajakaistaverkot kaikille. Juha Parantainen

Taajuusalueen MHz tekniset lupaehdot. TEKNISET LUPAEHDOT TAAJUUSKAISTALLE MHz (nousevaja laskeva siirtotie)

RADIOTAAJUUSPÄIVÄ Tuulivoimapuistojen vaikutus radiojärjestelmiin

RADIOTIETOLIIKENNEKANAVAT

Testiraportti LTE-verkon nopeusmittauksista

CITATION SUB KÄYTTÖOHJE

ELEC-C7230 Tietoliikenteen siirtomenetelmät

MIKROAALTOUUNI VAASAN YLIOPISTO TEKNILLINEN TIEDEKUNTA SÄHKÖTEKNIIKKA. Tuomas Karri i78953 Jussi Luopajärvi i80712 Juhani Tammi o83312

Ohjelmistoradio tehtävät 4. P1: Ekvalisointi ja demodulaatio. OFDM-symbolien generoiminen

RAPORTTI ISOVERIN ERISTEIDEN RADIOTAAJUISTEN SIGNAALIEN VAIMENNUKSISTA

Uuden sukupolven HF-kommunikaatiotekniikka

Laskuharjoitus 2 ( ): Tehtävien vastauksia

JATKUVAN AWGN-KANAVAN KAPASITEETTI SHANNON-HARTLEY -LAKI

Langattoman verkon spektrianalyysi

Vapaat ja langattomat näkökulmat tulevaisuuteen

MULTIPLEKSOINTIMENETELMÄT FDM, TDM, CDM JA QM. Tietoliikennetekniikka I A Kari Kärkkäinen Osa 22 1 (16)

Radioamatöörikurssi 2017

83950 Tietoliikennetekniikan työkurssi Monitorointivastaanottimen perusmittaukset

TIVE

Kanavat eivät ole enää pelkästään broadcasting käytössä Uudet palvelut kuten teräväpiirtolähetykset vaativat enemmän kapasiteettia

CITATION SURROUND KÄYTTÖOHJE

OPERAATIOVAHVISTIMET 2. Operaatiovahvistimen ominaisuuksia

MULTIPLEKSOINTIMENETELMÄT FDM, TDM, CDM JA QM

Digitaalinen Televisio

Laajakaistatekniikoiden kehitys. Lvm Laajakaistan kehittämistyöryhmä

TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU Tietotekniikan koulutusohjelma Tietokonetekniikka. Tutkintotyö. Juuso Mäkelä. WiMAX

U-REMIX USB RF 2 RF 1 POWER

PLL CIRCUIT. 2.4 GHz MIC BUILT-IN LCD TFT VID-TRANS300 VID-TRANS310 VID-TRANS320 NIGHT VISION IR LED SUOMI PAN & TILT KÄYTTÖOHJE CHANNELS UNIT

Radiotaajuuspäivät. Tuulipuistojen vaikutus antenni-tv-näkyvyyteen. Teppo Ahonen/Digita

TIIVISTELMÄRAPORTTI. Kanavamittaus moderneja laajakaistaisia HF- järjestelmiä varten

Liikkuvuudenhallinta Mobile IP versio 6 - protokollalla

Verkkosuunnittelu: Suunnittelutyön osa-alueet: Peittoaluesuunnittelu Kapasiteettisuunnittelu Taajuussuunnittelu Parametrisuunnittelu

RAKE-vastaanotinsimulaatio. 1. Työn tarkoitus. 2. Teoriaa. 3. Kytkentä. Tietoliikennelaboratorio Versio

Operaattorivertailu SELVITYS PÄÄKAUPUNKISEUDULLA TOIMIVIEN 3G MATKAVIESTINVERKKOJEN DATANOPEUKSISTA

Taajuusalueen MHz tekniset lupaehdot. TEKNISET LUPAEHDOT TAAJUUSKAISTALLE MHz (nousevaja laskeva siirtotie)

Markku Jokinen, Oulun yliopisto, Center for wireless communications

S Tietoliikennetekniikan perusteet. Jukka Manner Teknillinen korkeakoulu

Spektri- ja signaalianalysaattorit

Satelliittipaikannus

Operaattorivertailu SELVITYS LTE VERKKOJEN NOPEUDESTA

SIGNAALITEORIAN JATKOKURSSI 2003

SISÄVERKKOMÄÄRÄYS 65 A/2014 M ASETTAA VAATIMUKSIA ANTENNIURAKOINNILLE

Ensimmäinen välikoe. Kurssin voi suorittaa tentillä tai kahdella välikokeella

A/D-muuntimia. Flash ADC

4G-ANTENNIEN TESTAUS JA VERTAILU

Jari Puurunen RADIOLINKIN SUORITUSKYVYN MITTAUKSET

TERVETULOA VALOKAISTALLE!

HomePlug-sähköverkkomodeemit ja niiden toiminnan testaus laboratorioympäristössä

Matematiikka ja teknologia, kevät 2011

521330A TIETOLIIKENNETEKNIIKKA

ELEC-C7230 Tietoliikenteen siirtomenetelmät. Yleistä

Nina Immonen. EMC-huoneen oven avauksen vaikutus signaalin voimakkuuteen lähiympäristössä

JOONAS JÄRVELÄINEN SUUNTA-ANTENNIN VAIKUTUS LTE-VERKOSSA HAJA-ASUTUSALUEELLA

Kapeakaistainen signaali

LUKU 6 TÄRKEIMPIEN ASIOIDEN KERTAUS

LANGATTOMAN VERKON KÄYTTÖ JA ONGELMATILANTEET (WLAN/WIFI)

EMC MITTAUKSET. Ari Honkala SGS Fimko Oy

Radioamatöörikurssi 2012

MultiBoot Käyttöopas

TL5503 DSK, laboraatiot (1.5 op) Suodatus 2 (ver 1.0) Jyrki Laitinen

BINÄÄRISET TIEDONSIIRTOMENETELMÄT TÄRKEIMPIEN ASIOIDEN KERTAUS A Tietoliikennetekniikka II Osa 11 Kari Kärkkäinen Syksy 2015

Asennusohje Viritettävä terrestiaalipäävahvistin HMB 6. SSTL n:o ULA-VHF I, VHF III, 6 x UHF ja AUX

Laitteita - Yleismittari

ELEC-C7230 Tietoliikenteen siirtomenetelmät

Mobiiliverkkojen vertailumittaus Seinäjoki

TV-kanavien jakeluoikeuksien soveltaminen suljetussa laajakaistaisessa IP-jakeluverkossa

BT220 HEADSET. Tuotetiedot 1 Varausliitäntä 2 + -painike 3 - -painike 4 Toiminnonosoitin (sininen) 5 Akunosoitin (punainen)

2G-verkoissa verkkosuunnittelu perustuu pääosin kattavuuden määrittelyyn 3G-verkoissa on kattavuuden lisäksi myös kapasiteetin ja häiriöiden

Liittymän vikadiagnosointi

Testiympäristömme koostui seuraavista verkoista: a. Wlan-yhteys Ciscon EPC3825 kaapelimodeemilla

TRUST WIRELESS VIDEO & DVD VIEWER

521330A TIETOLIIKENNETEKNIIKKA KURSSI ANALOGISEN JA DIGITAALISEN TIEDONSIIRRON TEORIASTA JA TOTEUTUSMENETELMISTÄ

Diplomityöseminaari Teknillinen Korkeakoulu

Carlink langaton autojen välinen tietoverkko

ECC:n päätös ECC/DEC/(06)04. Standardi EN sekä EN

MIMO -ANTENNITEKNIIKKA

Mobiiliverkkojen tiedonsiirtonopeuksien vertailu 05/2019

TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU Tietotekniikan koulutusohjelma Tietoliikennetekniikan suuntautumisvaihtoehto. Tutkintotyö. Janne Paavilainen.

TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU Tietotekniikan koulutusohjelma Tietoliikennetekniikan suuntautumisvaihtoehto. Opinnäytetyö.

JAAKKO MARIN 60 GHZ:N TAAJUUSALUEEN SOVELTUVUUS VR- JA AR-LASIEN LANGATTOMAN TIEDONSIIRRON TARPEISIIN

AS Automaatio- ja systeemitekniikan projektityöt

Mobiiliverkkojen vertailumittaus Tampere, Jyväskylä, Turku

Transkriptio:

Teknillinen korkeakoulu Elektroniikan, tietoliikenteen ja automaation tiedekunta Tietoliikenne- ja tietoverkkotekniikan laitos WIMAX-järjestelmien suorituskyvyn tutkiminen Mika Nupponen Diplomityöseminaari 08.01.2008 Työn valvoja: Professori Sven-Gustav Häggman

Esityksen sisältö Työn tausta Tutkimusongelma ja tavoitteet WiMAXista Radiokanavat Mittausjärjestelyt Mittaustulokset Johtopäätökset ja jatkotutkimus

Työn tausta Mikä WiMAX? Worldwide Interoperability for Microwave Access WiMAX Forum IEEE802.16 standardiperhe Langaton siirtojärjestelmä Vastaa kaapelimodeemi- ja DSL-yhteyksiä WMAN-verkko: Kantama jopa 30 km Sisäänrakennettu QoS Laajan kantoalueensa ja langattomuuden ansiosta WiMAX sopii hyvin esimerkiksi laajakaistayhteyksien tarjoamiseen harvaan asutuille seuduille, joille valokuidun tai kuparikaapelin vetäminen olisi kallista ja hankalaa

Työn tausta Mikä suorituskyky? Pakettivirhesuhde, siirtoviive, yhteyden nopeus Lisäksi: Yhteyden saatavuus, luotettavuus, QoS yms. MAC-kerroksen toiminnan vaikutus Katkoksen sieto ja kytkeytymisaika Suorituskyky haasteellisessa radiokanavassa Lähetin kohina häipyminen monitie-eteneminen RADIOKANAVA häirintä interferenssi vaimennus Vastaanotin Kuva 1. Radiokanavan laatuun vaikuttavia asioita.

Tutkimusongelma ja tavoitteet Tutkimusongelma Kuinka (IEEE802.16d) järjestelmien suorituskykyä voidaan mitata? Onko eri valmistajien laitteiden suorituskyvyssä eroa? Miten selvitä haasteellisesta radiokanavasta? Tavoitteet Kehittää mittausjärjestelyjä, joiden avulla voidaan MAC-kerroksen toimintaa ja suoriutumista haasteellisessa ympäristössä voidaan mitata. Mitata 3 eri valmistajan WiMAX laitteet ja selvittää niiden välinen paremmuus Tukiasemat A, B ja C ja päätelaitteet Aa, Bb, Cc.

WiMAX Kiinteä WiMAX, IEEE802.16d Taajuusalue 2-11 GHz => Tutkittavat laitteet 3,5 GHz taajuuskaistalla Perustuvat 256 alikantoaallon (eng. subcarrier) OFDM-tekniikkaan. Näistä alikantoaalloista 192 kuuluu varsinaiselle datasiirrolle, kanavaestimointiin tarvittavia pilottikantoaaltoja on 8 ja loput 56 alikantoaaltoa ovat nollia. Alikantoaaltojen modulaationa voidaan käyttää BPSK- (eng. Binary Phase Shift Keying), QPSK- (eng. Quadrature Phase Shift Keying), 16QAM (eng. Quadrature Amplitude Modulation) tai 64QAMtekniikkaa. Kaikilla alikantoaalloilla on kuitenkin aina sama modulaatio.

WiMAX II WiMAX ja ketjukoodaus: Sisäkoodaus voidaan valita joko niin, ettei sitä käytetä, tai sitten sisäkoodaukseen voidaan käyttää lohko- tai pariteetintarkastuskoodia. Ulkokoodaukseen Reed-Solomon(n,k) koodia, joka on lineaarinen lohkokoodi jossa k:n symbolin datajoukko koodataan pidemmäksi n:n symbolin koodisanaksi. Sisäkoodaus (eng. inner encoding) koodaa alkuperäiset informaatiobitit, jonka jälkeen ulkokoodaus koodaa jo sisäkoodatut sanat.

Radiokanavat AWGN-kanava (Additive White Gaussian Noise model), kapasiteettimittaus Kanava ei vääristä signaalia ja ainoa häiriö on kohina, jonka tehospektri on vakio signaalin kaistanleveydellä voidaan simuloida mittauksissa käyttämällä laadukasta siirtokaapelia ja vaimenninta. Stanford University Interim (SUI) kanavamallit, liikkuva vastaanotto Tyyppi A, SUI-5 ja SUI-6, kuvaavat mäkistä ja runsaspuustoista ympäristöä. Tyyppi B, SUI-3 ja SUI-4, kuvaavat keskinkertaista puuston tiheyttä. Osassa simulointeja käytettiin taulukosta 1 esitettyä SUI-4 mallia Tyyppi C, SUI-1 ja SUI-2 mallintavat tasaista ja tiheydeltään kevyttä puustoa. 2-tappinen malli, suorituskykymittaukset viivehajeen funktiona Kiinteää kaksitappista kanavamallia, joissa viivästynyt tappi oli 3 db vaimeampi kuin ensimmäinen. Tappien amplitudi oli vakio. Taulukko 1. SUI-4 3-tappinen kanavamalli. Tappi Tehotaso Viive Häipymä Doppler 1 0 db 0 ns Rayleigh Pyöristetty 2-4 db 1500 ns Rayleigh Pyöristetty 3-8 db 4000 ns Rayleigh Pyöristetty Kuva 2. Propsim C2 laajakaistainen radiokanavasimulaattori (kuva Elektrobit Oy)

Mittausjärjestelyt - kapasiteettimittaus Mittauksissa käytettiin Iperf-ohjelmaa. Mittauksissa lähetettiin 1470 tavua pitkiä UDP-paketteja niin suurella nopeudella, että paketteja alkoi juuri ja juuri kadota. PC PC Iperf v1.7.0 Client/Server Iperf v1.7.0 Client/Server BS Vaimennin 60 db Säädettävä Vaimennin 6... 60 db SS Kuva 3. Mittauskytkentä kapasiteettimittauksissa. Mittaukset suoritettiin sekä nousevaan että laskevaan siirtosuuntaan

Katkoksensieto ja yhteyden muodostus Verrataan fyysiselle siirtotielle aiheutetun katkoksen pituutta UDPpakettien vastaanotossa havaitun tauon pituuteen. Päätelaitteeseen (SS) kytketty PC lähetti jatkuvasti UDP-paketteja tukiasemaan (BS) kytkettyyn tietokoneeseen. UDP-paketteja generoitiin ja vastaanotettiin Iperf-ohjelmalla Matlab-ohjelmalla aiheutettiin HP:n relekytkimen kautta tietyn mittainen releen aukeaminen Säätövaimennin BS Rele SS Virtalähde Kytkin (HP) PC PC MATLAB ohjelma PC Kuva 4. Yhteydenmuodostusviiveen mittauskytkentä

Suorituskykymittaukset viivehajeen funktiona ja siirtyvän liikenteen kanavassa Kuva 5. Mittauskytkentä viivehaje- ja mobiliteettimittauksissa laskevaan siirtosuuntaan (Downlink).

Mittaustulokset Katkos ja kytkeytymisaika Taulukko 2. Katkos- ja kytkeytymisaika Laite A Laite B Laite C Katkoksen maksimikesto Kytkentäaika karkea arv. Nukkumisaika ka. Parametrien muuttaminen 0,8 s 4,8 s 0,5 s 11 s 4 s 16 s (Modeemi resetoi itsensä) 10 s Ei havaittu Ei havaittu Osa mahdollista Ei juuri mahdollista Kaikki asetukset muutettavissa muutoksia ei välttämättä mahd. kuitenkaan tehdä. Bugi tai pitkä viive asetusten käyttööntulossa. Modulaation vaihto DL Nopeaa UL Hidas: 80 s (Vanha versio) DL/UL nopea DL/UP nopea DL/UL nopea (uusi ohjelmisto)

Mittaustulokset II Suorituskyky viivehajeen funktiona Kuva 6. Päätelaite Aa:n pakettivirhesuhde viivehajeen kasvaessa. QPSK3/4 modulaatiolla tai sitä yksinkertaisimmilla modulaatioilla ei havaittu pakettivirheitä viivehajeen pysyessä alle 5 ns. Vastaanottotehoksi oli säädetty -70 dbm.

Mittaustulokset III Suorituskyky viivehajeen funktiona Kuva 7. Päätelaite Bb:n vastaanottama signaalin tehotaso, jolla mitattava modulaatio pysyi viivehajeen kasvusta huolimatta samana. Taso -70 dbm toimii referenssiä joka tarkoittaa että kyseisellä tasolla yhteys joko katkesi tai modulaatio vaihtui.

Mittaustulokset IV Suorituskyky viivehajeen funktiona Kuva 8. Päätelaite Cc:n vastaanottama signaalin tehotaso, jolla mitattava modulaatio pysyi viivehajeen kasvusta huolimatta samana. Taso -60 dbm toimii referenssiä, joka tarkoittaa, että kyseisellä tasolla yhteys joko katkesi tai modulaatio vaihtui.

PER [%] Mittaustulokset V Suorituskyky siirtyvän liikenteen kanavassa PER vs. Mobility, SUI-4 channel 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0 10 20 30 40 50 Speed [km/h] BPSK, 1/2, M BPSK, 1/2, BPSK, 1/2 QPSK, 1/2 QPSK, 1/2, BPSK, 1/2, 16QAM, 1/2 M 16QAM, 1/2 16QAM, 1/2 Kuva 9. Pakettivirhesuhde SUI-4 radiokanavassa päätelaitteen liikkumisnopeuden funktiona

Johtopäätökset Katkoksensieto Laite A ja C sietivät vain alle sekunnin katkoksen mutta laite B puolestaan jatkoi lähetystä vaikka yhteys oli ollut poikki melkein 5 sekuntia Laite A nukahti 10 sekunniksi ja päätelaite Cc käynnisti itsensä uudelleen jos yhteys menetettiin liian pitkäksi aikaa. Suorituskyky viivehajeen funktiona yksinkertaisimmilla modulaatiomenetelmillä yhdessä runsaan koodauksen kanssa (BPSK 1/2 ja QPSK 1/2) ei havaittu millään mitattavalla laitteella pakettivirhesuhteen heikkenemistä 16QAM 3/4 ja 64QAM -modulaatioilla pakettivirhesuhde alkoi kasvaa jo 2-3 μs jälkeen. Kanavakorjaimet eivät pystyneet kompensoimaan viivehajeen vaikutusta. Suorituskyky siirtyvän liikenteen kanavassa Mitatut WiMAX-päätelaitteet eivät sovellu liikkuvaan käyttöön. Ongelmana ei ole niinkään Dopplerin ilmiö ja siitä johtuva kantoaaltojen taajuuden muuttuminen, vaan näköyhteyden menettäminen ja tästä johtuva varjostuminen. Kanavakorjain? Lomittelu?

Jatkotutkimus Vastaavat mittaukset Mobiili-WiMAX laitteille OFDMA- ja SOFDM-tekniikat tuovat monipääsytekniikan OFDM-tasolle ja mahdollistavat alikantoaaltojen kohdentamisen eri käyttäjille. Pakettiviivemittaukset ja Mobiili-WiMAXissa siirtymä viivemittaukset päätelaitteen siirtyessä tukiasemalta toiselle Tutkia Voidaanko siirtoparametrejä optimoida Millainen on WiMAX-järjestelmien suorituskyky muun verkon osana