UPORABA PRENOSA PODATKOV V MOBILNIH OMREŽJIH ZA POSLOVNE NAMENE

Transkripcija

1 UNIVERZA V MARIBORU FAKULTETA ZA ORGANIZACIJSKE VEDE Smer: Informatika v organizaciji in managementu UPORABA PRENOSA PODATKOV V MOBILNIH OMREŽJIH ZA POSLOVNE NAMENE Mentor: doc. dr. Igor Bernik Kandidat: Boštjan Štih Kranj, Marec 2010

2 ZAHVALA Zahvaljujem se mentorju dr. Igor Berniku doc., za vodenje in usmerjanje pri izdelavi diplomske naloge Hvala g. Andreju Voje, g. Iztoku Saje in sodelavcem iz podjetja Mobitel d.d. za pomoč z znanjem, praktičnimi prikazi, literaturo in nasveti pri izdelavi diplomskega dela.

3 POVZETEK Naloga opisuje sisteme, ki jih danes uporabljajo ponudniki mobilnih omrežij, njihov način delovanja, ključne parametre in lastnosti. Uporaba storitev paketnih podatkov se povečuje, saj z uvajanjem novih storitev, končni uporabniki potrebujejo višje hitrosti in izboljšanje kakovosti storitev, operaterji pa večje zmogljivosti sistema. Z razvojem HSPA hitri paketni dostop, lahko operaterji ponudijo svojim končnim uporabnike, dobre in zmogljive storitve, ki so konkurenčne drugim obstoječim sistemom za prenos podatkov. Razvoj HSPA, je razdeljen na HSDPA - hitri navzdolnji in HSUPA hitri navzgornji paketni prenos podatkov. Z testi bo prikazano delovanje mobilnega omrežja pri uporabi paketnega prenosa podatkov. Vendar se razvoj nadaljuje z uvajanjem novih standardov, ki predvidevajo še večjo pretočnost podatkov in manjši zakasnitveni čas. Tako je združenje 3GPP standardiziralo novo tehnologijo LTE, ki bo predstavljen, skupaj z prvimi rezultati v testnem okolju. KLJUČNE BESEDE - UMTS - HSPA - HSDPA - HSUPA - LTE ABSTRACT This paper describes systems that are used by mobile network providers, how they work and important attributes. The use of packet data is increasing with introduction of new applications, so user s need faster transfer and improved quality of service, and operator s more efficient system s. With the evolution of HSPA high speed packet access, providers can offer good and capable services that are competitive with fixed broadband access. HSPA comprises HSDPA high speed downlink and HSUPA high speed uplink packet access. Tests were made to evaluate characteristics and performance of radio interface. 3GPP has standardized a technology called LTE/SAE (Long Term Evolution/System Architecture Evolution) that is the next step up in development beyond HSPA and is also presented with tests in test environment. KEYWORDS - UMTS - HSPA - HSDPA - HSUPA - LTE

4 Kazalo 1. Uvod Pregled razvoja prenos podatkov v mobilnih omrežjih HSPA Hitri paketni dostop HSDPA... 7 Hitri so uporabniški prenosni kanal (HS-DSCH)... 7 Hitro krmiljenje dostopa do medija (MAC hs) Kanalsko razporejanje Kontrola hitrosti in višja stopnja modulacije Hibridni ARQ z mehkim združevanjem Kontrola vira za HS DSCH Mobilnost Kategorije terminalov HSUPA MAC - e Razporejanje E TFC izbor Hibridni ARQ Razporejanje fizičnih kanalov Kontrola moči Mobilnost Kategorije terminalov Predstavitev paketnih aplikacij Paketna mreža in radijska povezava Prikaz delovanja omrežja, testi Meritve UMTS pokritosti Radijske meritve pri načrtovanju omrežja Meritve prenosa podatkov Razvoj mobilnih omrežij s tehnologijo LTE Cilji LTE sestave Zmogljivost... 32

5 Zmogljivost sistema Perspektive v zvezi z razvojem Zgradba in migracija Upravljanje radijskih virov Cilji oblikovanja SAE Poizkusna testiranja LTE Zaključek Viri Kazalo slik Kazalo tabel Kratice in akrinomi... 47

6 1. Uvod V današnjem času si je težko predstavljati učinkovito poslovanje brez hitrega dostopa do podatkov, ki je bil do nedavnega odvisen od fiksnih širokopasovnih povezav. To se je spremenilo z razvojem GSM in UMTS omrežja, ki je pripeljalo do tega, da je z uporabo mobilnih omrežij možen dostop do podatkov, potrebnih za dobro in uspešno poslovanje tudi izven pisarne. Vedno večje zahteve uporabnikov silijo mobilna omrežja k razvoju novih tehnologij. Hitri paketni dostop do uporabnika v mobilnem omrežju trenutno zaključuje koncept HSPA. V zadnjem času govorimo o telekomunikacijah, kot eni najhitreje razvijajočih panog, kjer v ospredje stopajo mobilna omrežja. Razvoj je od začetka osemdesetih let, potekal z veliko hitrostjo, s čimer so mobilna omrežja kmalu postala konkurenčna fiksnim omrežjem predvsem pri govornih storitvah. V zadnjih letih operaterji z razvojem tehnologij svojim uporabnikom ponujajo povečane, izboljšane, nove storitve in vsebine, tudi na področju prenosa podatkov. Ponudbe so predvsem osredotočene na uporabnika. V poslovnem svetu si je težko predstavljati učinkovito poslovanje brez hitrega dostopa do podatkov, ki je bilo do nedavnega omejeno na fiksne širokopasoven povezave. Uporaba prenosa podatkov v mobilnih omrežij daje poslovnemu svet nove razsežnosti, predvsem mobilnosti, ki s tem ni več omejeno na delavno mesto in omogoča dostop do podatkov, interneta in omrežij podjetij od kjerkoli in ob vsakem času. S tem je pospešeno odločanje, kontroliranje, informiranje in vodenje v poslovnih procesih. Naloga prikazuje vrste mobilnih omrežij za prenos podatkov, ki so trenutno v ponudbi mobilnih operaterjev in njihove značilnosti, ter tehnične podrobnosti. Kot prednosti so omenjene pokritost vsepovsod, popolna mobilnost in visoke podatkovne hitrosti. V nalogi je prikazano v kolikšni meri so mobilna omrežja konkurenčna fiksnim širokopasovnim povezavam, kako dobra je pokritost s signalom, kakšne so nazivne hitrosti, njihove omejitev, dosegljivost, kapacitete, ki odločilno vplivajo na uporabnost omrežja v poslovne namene. Z računalnikom in različnimi vmesniki so izmerjene hitrosti prenosa podatkov, na različnih sistemih mobilnega omrežja. Z meritvami na isti lokaciji, ob različnih časovnih terminih, kako na opazovane hitrosti, vpliva obremenjenost omrežja. V preteklosti je bilo narejenih veliko raziskav o zmogljivostih in karakteristikah tehnologij v mobilnih omrežjih. Rezultati kažejo, da mobilna industrija postaja vse bolj konkurenčna in da je vse več pomembnih predstavnikov industrije, ki prehajajo iz fiksnih komunikacijskih povezav, kot je DSL in kabel, na brezžične sisteme. Preverili bomo, kakšen bo nadaljnji razvoj tehnologij mobilnih omrežij, ki so že v fazi poizkusnega testiranja, za katere pa so mnenja in napovedi prihodnosti med strokovnjaki deljena. Največ možnosti za naslednjo nadgradnjo pripisujejo LTE tehnologiji. Pri ponudnikih lahko že kmalu pričakujem novosti, ki bodo ponudile, še večje hitrosti, ter nove in kvalitetnejše storitve. 1.1 Pregled razvoja prenosa podatkov v mobilnih omrežjih GENERACIJA 1G NMT(Nordic Mobile Telephone) je prva generacija mobilnih telekomunikacij, ki izhaja iz Skandinavije in predstavlja analogni sistem. Pri uveljavitvi so največ pripomogla močna podjetja kot sta Ericsson in Nokia. Kmalu, se je sistem NMT, razširil po vsej Evropi, Boštjan Štih: Uporaba prenosa podatkov v mobilnih omrežjih za poslovne namene Stran 1

7 uporabljati pa so ga začele tudi nekatere države drugih celin. V Sloveniji je bil namenjen uporabi od leta 1991 do leta V sistemu NMT pošiljanje podatkov ni bilo mogoče. GENERACIJA 2G Zaradi omejenosti NMT sistema le na državne meje, so v Evropi začeli razmišljati o skupnem mobilnem omrežju. Leta 1982 je bila ustanovljena Group Special Mobile (GSM), katere naloga je bila razviti skupno omrežje, ki naj bi temeljilo na digitalni tehnologiji. Z podpisom pogodbe 15 telekomunikacijskih operaterjev iz 13 držav, se je začel razvoj globalnega sistema za mobilno komunikacijo (GSM) in mobilno industrijo, ki danes omogoča enostavne in kakovostne brezžične pogovore. Za prehod z analogne na digitalno tehnologijo, je morala biti zgrajena nova infrastruktura z baznimi postajami. se je bistveno povečala. omrežje pa prinaša tudi nekaj drugih novosti, med njimi možnost pošiljanja kratkih SMS sporočil in zmogljivost prenosa podatkov z hitrostjo do 9,6 kbit/s. V Sloveniji uporabljamo GSM omrežje od leta GENERACIJA 2G+ HSCSD (hitri vodovno komutirani podatki) HSCSD tehnologija, je programska nadgradnja obstoječega GSM omrežja, ki z združevanja časovnih oken, omogoča prenos podatkov do hitrosti 57,6 kbit/s. GPRS (splošna paketna radijska storitev) GPRS tehnologija se smatra kot dodatek GSM sistema, zato so bile potrebne spremembe in dopolnitev k obstoječi GSM mreži. Uvaja paketni način prenosa podatkov in omogoča nov poslovni model ponudnika in sicer plačevanje na podlagi prenesenih podatkov in ne več na podlagi časa uporabe. Teoretično dopušča hitrost prenosa podatkov 128 kbit/s, dejansko pa uporabniki dosežejo hitrost okoli 40 kbit/s. Razvoj GPRS tehnologije omogoči vstop multimedije v svet mobilnih omrežij. EDGE (GSM za hitrejše podatkovne komunikacije) Sistem EDGE je nadgradnja celotnega GSM omrežja tako povezanega, kot paketnega, ki ga omogoča GPRS in predstavlja prehod v tretjo generacijo mobilnih omrežij. Ključni namen uporabe EDGE-a je hitrost in se uporablja kot rešitev za aplikacije, ki zahtevajo višje hitrosti prenosa podatkov. Teoretična hitrost prenosa podatkov je do 384 kbit/s, v praksi pa je hitrost okoli 150 kbit/s. Izboljšan format modulacije zahteva višjo kvaliteto radijskega signala, s tem pa večje število baznih postaj in večje naložbe v infrastrukturo. EDGE ne uporabljajo vsi operaterji, predvsem zaradi velikih stroškov. Primeren je za operaterje, ki nimajo UMTS licenc. GENERACIJA 3G Namen tretje generacije (3G) je zagotovit univerzalno mobilnost s široko ponudbo storitev, kot so: govor, sporočila, dostop do interneta in širokopasovni prenos podatkov. Na World Radio Conference, februarja 1992, so bile izbrane frekvence, ki jih uporablja UMTS. Prva faza ETSI standardizacije se je zaključila leta 1999 (Release 99) in naslednja decembra Zdaj UMTS uporablja večina evropskih in nekatere države drugih celin. WCDMA (širokopasovni kodno porazdeljeni sodostop) tehnologija je bila izbrana za radijski dostop do omrežja in uporablja frekvenčno območje 2GHz. V nekaterih državah pa se standard 3G imenuje UMTS (univerzalni mobilni Boštjan Štih: Uporaba prenosa podatkov v mobilnih omrežjih za poslovne namene Stran 2

8 telekomunikacijski sistem). Uvedba novega sistema predstavlja evolucijsko nadgradnjo omrežij druge generacije. Del jedrne infrastrukture ostaja enak in se nadgradi, v celoti pa je nov radijski podsistem. Omrežja 2G in 3G delujeta vzporedno in omogočata trdi prehod med sistemoma UMTS in GSM oziroma UMTS in GPRS. Mobilne tehnologije 3G ponujajo uporabo storitev druge generacije, poleg tega pa omogočajo hiter dostop do interneta, podatkovnih, glasbenih, video, multimedijskih in drugih podobnih storitev. Ciljane hitrosti so pri globalnem pokrivanju 144kbit/s, širšem pokrivanju 384kbit/s in lokalnem pokrivanju 2Mbit/s. V Sloveniji omrežja UMTS uporabljamo od leto GENERACIJA 3,5G HSDPA (hitri navzdolnji paketni dostop) HSDPA je naslednja stopnja 3G sistema, ki omogoča večje hitrosti prenosa podatkov in kapacitet. Teoretične navzdolnje hitrostmi so 1.8, 3.6, 7.2 in 14.4Mbit/s preko širokopasovnega kanala 5GHz. Hitrost za uporabnika je v razredu 2 3Mbit/s, kar je primerljivo z WLAN in rezidenčnim fiksnim dostopom. Hitrost prenosa podatkov od uporabnika v omrežje je 384kbit/s. Sprejemnik opremljen z obdelavo antenskega sistema z več vhodi in izhodi (antenami MIMO), v sistemu UMTS omogoča v smeri k uporabniku hitrost prenosa od 8 do 20Mbit/s. Mnogi operaterji UMTS so že nadgradili svoja omrežja na HSDPA. HSUPA (hitri navzgornji paketni dostop) HSUPA je najnovejša nadgradnja tretje generacije in predstavlja naslednji korak pri ponudbi hitrega prenosa podatkov. Pri večini aplikacij vključno z pregledovanjem po spletu, elektronsko pošto, prenos videa in podobno, so navzdolnje hitrosti mnogo večje kot navzgornje. Vendar pa nekatere aplikacije, kot je video konferenca, potrebujejo enakovreden pretok podatkov. Za zagotavljanje kvalitetnega videa je pomembno, da navzgornja hitrost enaka navzdolnji. Teoretična hitrost HUSPA protokola je tako do 5,76 Mbit/s. Tehnologijo HSUPA podpirajo le redki mobiteli in podatkovne naprave, predvsem zaradi varčevanja z baterijo in stroški izdelave. Nekateri operaterji so že nadgradili svoje omrežje. Pri nas jo ponuja podjetje Mobitel. i-hspa (i je kratica za internet) I-HSPA je rešitev, ki so jo razvili v Nokia Siemens Networks in jo pri nas uporablja operater T-2. V primerjavi z klasičnim HSPA, i-hspa ponuja hitrosti do 42Mbit/s v smeri proti uporabniku in od uporabnika proti omrežju do 22Mbit/s. Tehnologija je poenostavitev hitrega paketnega dostopa (HSDPA/HSUPA) in sicer uporablja isto arhitekturo omrežja in naprave končnega uporabnika, ki se poveže preko bazne postaje, vendar nato zaobide krmilnik radijskega omrežja (RNC) in strežno podporno vozlišče GPRS (SGSN) dva ključna elementa radijskega omrežja, ter poveže direktno na internet. To je priložnost za specialne podatkovne naprave, namenjene le prenosu podatkov ali igram, brez govora in kratkih sporočil. GENERACIJA 4G Trenutno je težko opredeliti, katera tehnologija bo predstavljala četrto generacijo mobilnih omrežij. Glavni cilj novih standardov, je večja pretočnost podatkov in zmanjšan zakasnitveni čas znotraj omrežja, ki naj bi bil pod 10 ms. Glavno komercialno gonilo Boštjan Štih: Uporaba prenosa podatkov v mobilnih omrežjih za poslovne namene Stran 3

9 razvoja je IP prenos kakovostnih video vsebin od točke do točke (end-to-end). V prihodnje si lahko obetamo do 300Mbit/s pretoka podatkov do uporabnika, S čimer bi postala mobilna omrežja konkurenčna obstoječim fiksnim širokopasovnim omrežjem. Zagotavljajo nemoten prehod z 2G, 3G in drugih spektrov radijski valov, vključno s frekvenčnimi pasovi za televizijo. Ena takih tehnologij je LTE (Long Term Evolution ali razvoj na dolgi rok), ki je zasnova na TCP/IP tehnologiji in omogoča end-to-end IP omrežje. Omrežje uporabnikom dostopno leta Boštjan Štih: Uporaba prenosa podatkov v mobilnih omrežjih za poslovne namene Stran 4

10 2. HSPA Hitri paketni dostop Prva WCDMA omrežja so zaživela leta 2002 in do konca leta 2005 je bilo v uporabi 100 omrežij, 150 operaterjev pa je imelo pravico za uporabo licenc. Maja 2008 so imela 3G omrežja v Evropi 101 milijona uporabnikov od skupaj 910 milijonov uporabnikov mobilnih omrežij. Največ uporabnikov 3G omrežij imajo Švedska, Norveška in Italija, skupno v povprečju več kot 25% skupnih uporabnikov. Trenutno naj bi bilo na svet 118 milijonov HSPA uporabnikov. S vse večjim prediranjem, omogoča WCDMA omrežjem vse večji del prenosa govora in podatkov. WCDMA tehnologija ponuja nekaj prednosti operaterjem pri prenosu podatkov, ter pri kakovosti osnovnega govora. Omogočena je visoka kapaciteta govora, več minut govora za vse uporabnike, z mehanizmom kontrole motenj, vključno z ponovno uporabo frekvence, hitrim nadzor moči in mehek prehod. Istočasno WCDMA nadgradi govorne storitve z AMR kodekom, ki omogoča večjo kvaliteto govora, kot fiksna zemeljska telefonska linija. Visoka stopnja integracije je dosežena zaradi širokopasovnih prenosnika, saj ga lahko uporablja večje število uporabnikov. Zmanjšanje baznih postaj omogoča operaterjem lažjo in učinkovitejšo izvedbo lokacij, saj se izogne dodatnim antenam, dovodnim kablom in radio frekvenčnim združevalnikom. Operaterji lahko ponudijo široko paleto storitev od povezovanja do interneta, govora, sporočil, video klicev, konferenčnih zvez, ogled video posnetkov, dostop do elektronske pošte, izmenjava videa v času med govorno zvezo. MBMS je nova širokopasovna tehnologija, uporabna za storitve kot je televizija. Omogoča oddajanje več terminalom istočasno namesto pošiljanja informacij vsakemu uporabniku posebej. Slika 1: HSPA standardizacija in razvoj hitrosti (Vir: HSDPA/HSUPA for UMTS) HSDPA je bila standardizirana marca 2002, kot del pete izdaja 3GPP z prvo verzijo specifikacij. HSUPA je bila specificirana v šesti izdaji decembra HSDPA in HSUPA so skupaj poimenovali hitri paketni dostop HSPA. Prva komercialna HSDPA omrežja so zagnali konec leta 2005, HSUPA pa leta HSPA je razvrščena na vrh WCDMA omrežja na istem prenosnem kanalu ali kot rešitev za visoko kapaciteto uporablja drugi kanal. HSPA uporablja iste elemente kot WCDMA, Boštjan Štih: Uporaba prenosa podatkov v mobilnih omrežjih za poslovne namene Stran 5

11 le da je potrebna programska nadgradnja in nekaj dodatne nove opreme v baznih postajah in krmilnikih radijskega omrežja, zato nadgradnja ne predstavlja velikega stroška v primerjavi izgradnje novega omrežja. HSDPA tehnologijo podpira že veliko telefonov, medtem ko so tisti, ki delujejo z HSUPA bolj redki in so tako v večini uporablja računalniške kartice in USB ključe. Slika 2: novi nosilec (f2) namenjen HSPA in nosilec (f1), ki si ga delita WCDMA in HSPA (Vir: HSDPA/HSUPA for UMTS) Razvoj radijskega dela z HSPA. Učinkovitost radio sistema je definirano, kako lahko se uporabljajo storitve v radijskem omrežju. Glavne zahteve so: visoka hitrost prenosa in majhne zakasnitve, ob istočasnem vzdrževanju dobre pokritosti in zagotavljanju visoke kapacitete. Vse te zahteve HSPA tehnologija uspešno rešuje. Nekatere storitve, kot je na primer glas preko IP (VoIP) delujejo z majhno hitrostjo prenosa, vendar zahtevajo kratek čas obhoda. Medtem, ko za prenos velikih datotek ni tako pomemben čas obhoda, kot je hitrost prenosa. Skozi razvoj mobilnih omrežij se je hitrost prenosa podatkov stalno povečuje, na drugi strani pa se čas obhoda vse bolj zmanjšuje. Slika 3: spektralna učinkovitost (Vir: GPRS omogoča hitrosti 30-40kbit/s in časovni obhod 600 ms, pri EGPRS se hitrost prenos poveča za 3 do 4 krat in zmanjša čas obhoda po 300 ms. Boštjan Štih: Uporaba prenosa podatkov v mobilnih omrežjih za poslovne namene Stran 6

12 Visoka kapaciteta celice in spektralna učinkovitost sta potrebni za doseganje visokih hitrosti prenosa in novih storitev na baznih postajah. Osnovni HSPA vključuje eno anteno Rake sprejemnik v terminalu in dve vejno različnostno anteno na strani bazne postaje. Tako HSDPA omogoča trikrat večje navzdolnje hitrosti kot WCDMA. 2.1 HSDPA HSDPA je bil razvit za povečanje navzdolnje hitrosti prenosa podatkov, z namenom hitre ponovitve prenosa, združevanjem prenosa, kot tudi hitro prilagoditev, ki jo nadzira NodeB tako imenovana bazna postaja. Struktura in izvedba se razlikuje od osnov WCDMA. Slika 4: Arhitektura HSDPA sistema (Vir: Hitri so uporabniški prenosni kanal (HS-DSCH) HS-DSCH je transportni kanal namenjen podpori prenosu so uporabnih kanalov in drugih osnovnih tehnologij HSDPA, predvsem razporejanje kanalov, kontrola hitrosti in hibridni ARQ z mehkim združevanjem. HS-DSCH je usklajen s setom kanalnih kod, kjer ima vsaka faktor širjenja 16. Take kanalne kode poznamo kot HS-PDSCH (Hitri navzdolnji so uporaben fizični kanal. Število kanalnih kod se lahko nastavi v razmikom od 1 do 15 kod. Boštjan Štih: Uporaba prenosa podatkov v mobilnih omrežjih za poslovne namene Stran 7

13 Slika 5: Časovna in kodna domenska struktura za HS-DSCH (Vir: Preostanek kod se uporablja za druge namene, na primer kontrolo signalizacije in vodovno komutirane storitve. Z souporabo kodne domene sta dva ali več mobilnih terminalov sočasno razporejeni z uporabo različnih delov skupnega vira kod (različnih fizičnih kanalov). Za ločitev od celotnega vira kod, naj bi bil del skupne razpoložljive moči celice namenjen za prenos HS-DSCH. Za maksimalno uporabo moči v bazni postaji, se mora moč, potem ko odsluži drugim z močjo kontroliranim kanalom uporabiti za prenos HS-DSCH. Hitrost HS-DSCH je enaka razmeram na radiu in količini istočasno razpoložljive moči za njegov prenos. Za stalno uporabo so uporabnih virov in za zmanjšanje zakasnitve do končnega uporabnika, mora biti TTI čim krajši. Istočasno bi lahko prekratek TTI pomenil prekoračitev limita, saj je kontrolna signalizacija potreben za vsak posamezni prenos. 2ms je dolžina TTI predvidenega za HSDPA. Identiteta trenutno razporejenih mobilnih terminalov mora biti signalizirana, kot tudi fizični vir uporabljen za prenos do posameznega terminala. Na drugi strani mora biti terminal obveščen o formatu uporabljenega prenosa in informacija o hibridnem ARQ. Navzdolnja kontrolna signalizacija je nujna za delovanje HS-DSCH v vsakem TTI in je izvedena na HS-SCCH (Hitri So uporabniški kontrolni Kanal), ki je poslan paralelno z HS-DSCH in z uporabo ločene kanalizirane kode. HS-SCCH je so uporabniški kanal, sprejet na vseh terminalih, za katere je konfiguriran HS-DSCH, da ugotovi ali je terminal razporejen ali ne. V celici je lahko konfigurirano več HS-SCCH, vendar je tipično samo eden, saj ga zaradi souporabe HS-DSCH v časovni domeni potrebujejo njegov sprejem, le trenutno porazdeljeni terminali. Če je v celici podprta kodna domena, mora miti konfiguriranih nekaj HS-SCCH. Vsak terminal, ki podpira uporabo HS-DSCH, bi moral biti sposoben kontrolirati do štiri HS-SCCH-je. Prenos HSDPA zahteva navzgornjo kontrolno signalizacijo, saj mora biti hibridni-arq sposoben obvestiti NodeB o uspešnosti sprejema navzdolnjega prenosa. Za vsak navzdolnji TTI v katerem je razporejen terminal, bo po navzgornji povezavi poslan rezultat dekodiranja HS-DSCH, kot ACK ali NACK. Rezultati se prenašajo po HS- PDCCH (High speed deidaction phisical control channel). En HS-PDCCH je nastavljen Boštjan Štih: Uporaba prenosa podatkov v mobilnih omrežjih za poslovne namene Stran 8

14 za vsak terminal, ki ima konfiguriran HS-DSCH, zato da NodeB spremlja stanje navzdolnjega kanala na terminalu in temu primerno spreminja hitrost in razporejanje. Terminal prav tako meri trenutno stanje navzdolnjega kanala in preko HS-DPCCH pošilja CQI (Indikator kakovosti kanala). Slika 6: novi kanali za podporo HS-DSCH (Vir: HDSPA terminal mora sprejeti komande za kontrolo moči, da podpre hitro kontrolo moči navzgornje povezave, tako kot WCDMA terminali. To dosežemo z navzdolnjim dodeljenim fizičnim kanalom (DPCH) za vsak terminal. Ta kanal se lahko uporabi tudi za prenos podatkov kot Circuit switch storitve. Slika 7: HSDPA Kanali (Vir: 3G Evolution: HSPA and LTE for mobile broadband) V release6 je bil v podporo DPCH dodan F-DPCH, da bi se zmanjšala poraba navzdolnjih kanaliziranih kod. Glavni namen dodeljenega kanala je, da prenese močnostne kontrolne komande terminalu, da nastavi navzgornji prenos. Če je prenos podatkov opravljen le samo preko HS-DSCH-ja, je škoda uporabe kod za dodeljeni kanal z razpršilnim faktorjem 256 za vsak terminal, le za kontrolo moči. Zato F-DPCH dopušča več terminalom, da si delijo eno navzdolnji kanalizirano kodo. Boštjan Štih: Uporaba prenosa podatkov v mobilnih omrežjih za poslovne namene Stran 9

15 Hitro krmiljenje dostopa do medija (MAC-hs) MAC-hs je nov pod sloj HSDPA lociran v NodeB in je odgovoren za protokole operacije HS-DSCH razporejanja, kontrolo hitrosti in hibridnega ARQ. Temu fizičnemu sloju so bile dodane še primerne funkcionalnosti, kot na primer pomoč za mehko združevanje v hibridnem ARQ. Podatki v obliki transportnega bloka z dinamično velikostjo gredo iz MAC-hs preko HS-DSCH transportnega kanala do procesiranja HS-DSCH fizičnega sloja. Kanalsko razporejanje Razporejanje izboljša delovanje celotnega sistema, še posebno v zelo obremenjenih omrežjih. Razporejanje kontrolira kateremu uporabniku bo ob določenem času usmerjen so uporabniški kanal in v sodelovanju z mehanizmom za kontrolo hitrosti tudi s kakšno hitrostjo. Razmere na radijskem prenosu do terminalov znotraj celice se stalno spreminjajo in skoraj ob vsakem trenutku je kakšen kanal, ki dosega maksimalno kvaliteto. Za takšen kanal se lahko uporabi visoko hitrost prenosa, kar pripelje do visoke kapacitete sistema. Slika 8: Razporejanje uporabnikov glede na radijske pogoje (Vir: 3G Evolution: HSPA and LTE for mobile broadband/learning) Razporejanje nekako skrbi tudi za prometne razmere glede na razmere na kanalu. Uporabnik, ki ne pričakuje prenosa podatkov je nesmiselno razporediti, ne glede na kakšne so razmere na kanalu. Nekatere storitve imajo višjo prioriteto, kot so pretočne storitev, v primerjavi z prenosom datotek-filov, ki ne potrebujejo konstantnega prenosa podatkov. Za podporo pretočnih informacij, ki zahtevajo minimalno hitrost podatkov, lahko RNC zagotovi s prenosom informacij o hitrost prenosa do razporejevalnika v NodeB. Razporejevalnik lahko upošteva ta pritisk v svojih procesih. Strategija učinkovitega razporejanja potrebuje vsaj informacije o trenutnih razmerah na kanali pri terminalu in informacije o medpomnilnikom in prioriteto podatkov. Informacije o stanju na kanalu terminal pošlje nazaj NodeB z CQI. Določeni podatki morajo biti, ne glede na stanje na kanalu, poslani v najkrajšem možnem času. Pomembna je na primer Boštjan Štih: Uporaba prenosa podatkov v mobilnih omrežjih za poslovne namene Stran 10

16 RRC signalizacija, povezana z menjavo celic, kot podpora mobilnosti, ki mora biti prenesena do terminala, kar se da hitro. Kontrola hitrosti in višja stopnja modulacije V WCDMA se za kompenzacijo spreminjajočega stanja na kanalu uporabljal dinamična kontrola moči. Oddajna moč se spreminja nasprotno od kvalitete na radijskem kanalu, Kar pomeni če se stanje poslabša se oddajna moč poveča in nasprotno. Rezultat tega je konstantna hitrost prenosa. Tak način ustreza vodovno komutiranem pogovoru. Vendar v mobilnih komunikacijah, posebno v paketnem prenosu, ne potrebna konstantna hitrost kar v nekaterih primerih velja tudi za tipične storitve z konstantno hitrostjo, kot sta video in pogovor, dokler je povprečna hitrost prenosa konstantna v relativno kratkem času. Kot rešitev je uvedena dinamična kontrola hitrosti, ki ne zagotavlja konstantne hitrosti glede na spreminjajoče stanje na prenosni poti. V nasprotju z kontrolo moči, maksimalno izrabi oddajno moč in hitrost prilagaja glede na stanje kanala. Če se stanje kanala izboljša se temu primerno dvigne hitrost in obratno se hitrost zmanjša, ko se stanje poslabša. Kontrola hitrosti je učinkovitejša od kontrole moči. V praksi je hitrost prenosa na radijski povezavi prilagojena z modulacijsko shemo in hitrostjo kanalskega kodiranje. V dobrih pogojih je glavna omejitve hitrosti širina pasu radijske povezave. V takem primeru je primerna visoka stopnja modulacije 16QAM in 64QAM, skupaj z visoko hitrostjo kodiranja. Pri slabem stanju se uporabi QPSK in nizka hitrost kodiranja. Tako prilagajanje imenujemo AMC (Adaptive Modulation and Coding). Za vsak TTI, mehanizem kontrole hitrost v razporejevalniku izbere za uporabnika transportni format in kanalsko kodo. Transportni format vsebuje modulacijsko shemo in velikost transportnega bloka. Slika 9: Hitro prilagajanje prenosnemu kanalu (Vir: Za HSDPA je kontrola hitrosti je izvršena z dinamično prilagajanjem hitrosti kanalskega kodiranja in dinamičnim izbiranjem med QPSK in 16QAM. Hitrost prenosa določa NodeB z MAC-hs, ki neodvisno določi transportni format vsakih 2ms HS-DSCH TTI in zato lahko kontrola hitrosti sledi stalnim spremembam. Hibridni ARQ z mehkim združevanjem 5ms po sprejetem transportnem bloku, terminal poizkuša dekodirati vsak blok in o uspešnosti poroča NodeB. To omogoča hitro ponovno pošiljanje neuspešno sprejetih blokov in občutno zmanjša zakasnitve povezane z prenosom v primerjavi z Release99. Boštjan Štih: Uporaba prenosa podatkov v mobilnih omrežjih za poslovne namene Stran 11

17 Hitri hibridni ARQ z mehkim združevanjem dovoljuje terminalu, da zahteva ponovni prenos napačno sprejetih blokov, učinkovite nastavitve hitrosti kodiranja in kompenzacijo napak, ki jih je proizvedel mehanizem za prilagoditev prenosa. Slika 10: Hitra ponovitev pošiljanja podatkov z napako (Vir: 3G Evolution: HSPA and LTE for mobile broadband/learning) NACK pošlje mobilnik v primeru, da ne uspe dekodirati kodiranih bitov in s tem zahteva ponovno pošiljanje, medtem pa prejete bite shrani v pomnilnik in jih pri uspešnem ponovnem pošiljanju zdrži z manjkajočimi. Z ACK signalom mobilnik NodeB potrdi uspešno dekodiranje in prenos podatkov. Proces odločanja NodeB po sprejemu ACK/NACK signala za ponovno ali nadaljevanje pošiljanja, traja 2ms. Napake v (ACK/NACK) v signalnem statusu vplivajo na celotno delovanje. V primeru, da je ACK napačno razumljen kot NACK, se bo po nepotrebnem ponovilo pošiljanje, kar zmanjšuje pretok. V nasprotnem primeru, da je NACK razumljen kot ACK, bo prišlo do izgube podatkov in NodeB ne ponovil pošiljanja, čeprav mobilni terminal ni sposoben dekodirati podatkov. Ne glede na to, da se paketa ni dalo dekodirati, sprejeti signal vsebuje neko informacijo, ki se shrani v pomnilnik terminala. Kasneje se ta informacija združi z ponovno poslanim paketom, ter tako ustvari združen paket, ki je zanesljivejši od svojih sestavnih delov. Dekodiranje kode popravljene napake je izveden na združenem signalu. Če dekodiranje ne uspe, se zahteva ponovni prenos. Ponovno poslani niz bitov informacije, mora biti v vsaki hibridni ARQ shemi isti kot v originalnem prenosu. Kontrola vira za HS-DSCH Pri HSDPA je z vpeljavo razporejanja in kontrolo hitrosti v NodeB, je NodeB namesto RNC prevzel del upravljanja radio izvora. Vendar je RNC še vedno odgovoren za management radijskih virov, vključno z krmiljenjem dostopa in rokovanje znotrajceličnega vmesnikom. Posledično so bila dodana nova poročila meritev od NodeB do RNC. Dodani so tudi mehanizmi za RNC, da lahko določi omejitve, kateri NodeB lahko v celici uporablja HSDPA vire. RNC določi omejitve uporabe moči NodeB za navzdolnji HSDPA prenos, s čimer lahko kontrolira maksimalno vrednost motnje med sosednjimi celicami. Znotraj omejitev, ki jih določi RNC, lahko NodeB poljubno razpolaga z močjo namenjeno za HSDPA. Krmiljenje dostopa v RNC mora upoštevati količino razpoložljive moči v NodeB in le če je dovolj moči, se dovoli dostop novega uporabnika v celico. Vendar lahko celica, da izboljša hitrost, oddaja z vso močjo, Boštjan Štih: Uporaba prenosa podatkov v mobilnih omrežjih za poslovne namene Stran 12

18 čeprav je v celici le en uporabnik. Tako bi krmiljenje dostopa upoštevalo, da je celica zasedena in novemu uporabniku onemogočila pristop. Slika 11: Dinamična uporaba moči (Vir: Z novo meritvijo moči oddajnega nosilca vseh kod, ki niso v uporabi za HS-PDSCH ali HS-SCCH, lahko krmiljenje dostopa ugotovi ali lahko omogoči dostop novim uporabnikom v celico ali ne.za zagotovitev pretočnosti, kjer je potrebna določena minimalna hitrost, lahko RNC sporoči MAC-hs zagotovljeno hitrost. Razporejevalnik uporabi informacijo, da zagotovi prioritetni vrsti določeno hitrost za daljši čas. Mobilnost Mobilnost v HSDPA, torej menjavanje strežne celice, je izpeljano z RRC signalizacijo in uporabo podobnih procedur kot za namenske kanale. Osnove za mobilnost so omrežno kontrolirano izročanje in poročila meritev terminala. Na podlagi poročila terminala, RNC za zamenjavo strežnega NodeB, konfigurira terminal in vključi druge NodeB. Merilni moment 1D (zamenjava boljše celice) poroča terminal, ko je moč skupnega poskusnega kanala sosednje celice močnejši od moči signala strežne. Posledica meritve je odločitev za zamenjavo celice. Rekonfiguracija terminala in vpletenega NodeB je lahko istočasna ali z zamikom. Za istočasni prekonfiguraciji se morajo vsi vpleteni istočasno prekonfigurirati. V primeru prekonfiguracije z zamikom, so vsi vpleteni obveščeni, da takoj ko prejmejo obvestilo, izvedejo prekonfiguracijo. Vendar, lahko nova celica začne prenašati podatke še predno je prehod izveden in zato pride do izgube podatkov, ki jih je potrebno ponovno poslati. Zato se za zamenjavo HS-DSCH strežne celice uporablja istočasna rekonfiguracija. Z mobilnostjo je povezana tudi kontrola pretoka med NodeB in RNC, z namenom kontrole količine podatkov v medpomnilniku, s čimer se poizkušamo izogniti prelivanju. Zahteve si na nek način nasprotujejo, saj se po eni strani zahteva dovolj velik medpomnilnik, kjer se lahko shrani ustrezno količino podatkov, za čim boljšo izrabo omogočenih fizičnih kanalov, istočasno pa naj bi imel medpomnilnik majhno količino paketov, ki se jih ponovno pošlje drugemu NodeB v primeru izročanja med NodeB. Boštjan Štih: Uporaba prenosa podatkov v mobilnih omrežjih za poslovne namene Stran 13

19 Kategorije terminalov Da bi omejili število možnih kombinacij sposobnosti terminalov in v izogib kombinacijam parametrov, ki nimajo smisla, so terminali ustrezno porazdeljeni v 12 različnih kategorij. Terminali lahko dosežejo različno podatkovno hitrost. Največja razpoložljiva hitrost podatkov sega od 1,8Mbit/s do 14Mbit/s. Sposobnost terminalov ne vpliva na usklajenost posameznega TTI prenosa, vendar pa je definirano kako pogosto lahko NodeB pošilja pakete terminalu. Sposobnost terminala vsebuje vrednost (1, 2 in 3), ki določi najmanjši med-tti čas, to je časovni razmik med naslednjimi transportnimi bloki. Vrednost 1 pomeni, da so lahko uporabljeni zaporedni TTI, medtem ko vrednosti 2 in 3 naznanita najmanj enega ali dva prazna TTI-ja med prenosnima paketoma. Ne glede na to, da je lahko 15 kod dodeljeno 15 HS-PDSCH, lahko terminal sprejem le največ 5, 10 ali 15 kod, odvisno od sposobnosti terminala. Tabela 1: Kategorije HSDPA terminalov (Vir: HSUPA HSUPA je bil predstavljen v WCDMA Release6. Izboljša zmožnosti in učinek navzgornjega prenosa v smislu, hitrejšega prenosa podatkov, zmanjšanja zakasnitve, ter kapacitet in se dopolnjuje z HSDPA. V release6 je bil dodan nov transportni kanal imenovan E-DCH izboljšan namenski kanal, za podporo navzgornjemu razporejanju in hibridnem ARQ z mehkim združevanjem. E-DCH je lahko konfiguriran sočasno z enim ali več DCH, potemtakem, hitri paketni prenos podatkov na E-DCH se lahko zgodi ob istem času kot storitve, ki uporabljajo DCH od istega terminala. Prednost E-DCH je kratka zakasnitev, tako da podpira kratek 2ms TTI in dopušča hitro prilagajanje transportnih parametrov, ter pri uporabniku zmanjšanje zakasnitve povezane z paketnim prenosom. Zakasnitev obdelave fizičnega sloja je proporcionalno količino podatkov za obdelavo in krajši čas TTI, manjša je količina podatkov za obdelavo v vsakem TTI za določeno hitrost. E- DCH podpira dve dolžini TTI in sicer 2 in 10ms, omrežje pa določi pravo vrednost. E- DCH je pripojen navzgornjim kanaliziranim kodam imenovanim E-DPDCH. Boštjan Štih: Uporaba prenosa podatkov v mobilnih omrežjih za poslovne namene Stran 14

20 E-DCH ne sme biti viden NodeB, ki ne podpira uporabo tega kanala. Zato se DCH in E- DCH obdelata ločeno in uporabljata drugačne kanalizirane kode. V primeru, da je terminal v mehkem izročanju z več celicami, od katerih nekatere ne podpirajo prenos E- DCH, je le ta za njih neviden. S tem je omogočena postopna nadgradnja omrežja. Navzdolnja kontrolna signalizacija je potrebna za delovanje E-DCH. Očitno mora imeti NodeB možnost zahteve za ponovni prenos od terminala. Informacija ACK/NACK je poslana z novim navzdolnjim dodeljenim fizičnim kanalom E-DCH Kazalni Hibridni ARQ kanal (E-HICH). Vsak terminal z nastavljenim E-DCH prejme en svoj E-HICH od vsake celice z katero je v mehkem izročanju. E-DCH brezpogojno dodeljevanje dostopa (E- AGCH) pošlje razporejevalnik terminalu dodeljeni razpored za kontrolo kdaj in kakšno hitrost lahko uporabi terminal. E-AGCH pošlje samo strežna celica odgovorna za razporejevalne operacije in ga prejmejo vsi terminali z nastavljenim E-DCH. Istočasno se informacija o dodeljenem razporedu lahko pošlje preko E-DCH relativno potrjen kanal (E-RGCH). E-AGCH se običajno uporablja za večje spremembe hitrosti, medtem ko se E-RGCH uporablja za manjše nastavitve med prenosom podatkov. E-DCH se ne razlikuje od ostalih navzgornjih kanalov in je prav tako kot ostali kontroliran z močjo. NodeB izmeri prejeto razmerje signala in motnje, ter pošlje komande za kontrolo moči terminalu, da nastavi oddajno moč. Ukazi za kontrolo moč se pošljejo z DPCH ali da se varčuje kanalizirane kode z F-DPCH. V navzgornji smeri je potrebna signalizacija, ki priskrbi vse potrebne informacije NodeB za demodulacijo in dekodiranje prenesenih podatkov. V praksi ima to znanje strežna celica, saj izda dodeljen razpored, medtem ko ostale celice v mehkem izročanju teh informacij nimajo. Prav tako E-DCH podpira nerazporejen prenos. Torej je potrebna izven pasovna kontrolna signalizacija v navzgornji smeri. V te namene se uporabi E-DCH Dodeljeni fizični kontrolni kanal (E- PDCCH). MAC-e Slika 12: Skupaj kanali HSDPA in HSUPA (Vir: 3G Evolution: HSPA and LTE for mobile broadband/learning) Podobno kot pri HSDPA so majhne zakasnitve in hitro prilagajanje pomembne pojavi pri HSUPA, kar je vpeljano z predstavitvijo MAC-e, ki je v NodeB odgovoren za razporejanje in hibridni ARQ protokolno delovanje. Fizični sloj je napreden pri zagotavljanju podpore za kratke TTI in mehko združevanje v hibridnem ARQ mehanizmu. Prav tako je MAC-e v terminalu, s katerim se omogoči rokovanje z naprednim navzgornjimi povezovanjem. MAC-e terminala se sestoji iz Boštjan Štih: Uporaba prenosa podatkov v mobilnih omrežjih za poslovne namene Stran 15

21 multipleksiranega MAC-e, izbranega transportni formata in protokola hibridnega ARQ mehanizma. V času navzgornjega transporta prenosnega bloka, le terminal pozna stanje v medpomnilniku in stanje moči., zato mu je omogočena samostojna izbira hitrosti podatkov E-DCH transportna kombinacija formata (E-TFC). Seveda mora terminal pri izbiri transportnega formata upoštevati določeno razporeditev, ki predstavlja zgornjo omejitev, katere terminal ne sme preseči. V primeru nepodprtosti določene razporejene hitrosti, se lahko uporabi tudi manjšo hitrost. Razporejanje Razporejanje je ena glavnih tehnologij, uporabljen že v WCDMA, vendar je pri HSUPA razporejanje bistveno hitrejše, zahvaljujoč uporabi razporejevalnika v NodeB. Glavna naloga razporejevalnika je kontrola kdaj in s kakšno hitrostjo lahko terminal oddaja podatke, ter s tem nadzoruje količino motenj, ki vplivajo na druge uporabnike. To se lahko vidi kot poraba skupnih virov posameznega terminala, ki je količina znosne motnje, torej skupna prejeta moč v bazni postaji. Količina skupnih navzgornjih virov, ki jih uporablja terminal je odvisno od uporabljene hitrosti. Na splošno, za višjo hitrost je potrebna večja oddajna moč in zaradi tega je poraba virov večja. Razporejevalnik pri svojih odločitvah upošteva razmere na radiu za vsak terminal, ter celoten vmesnik, prav tako na odločitve vplivajo želje terminala po višji hitrosti prenosa, poslane preko veselega bita (happy bit), ki se nahaja v E-DPCCH kanalu. Rezultati odločitev razporejevalnika so poslane terminalu preko dveh fizičnih kanalov in sicer E- AGCH (Absolute Grant Channel) ali preko E-RGCH (Relative Grand Channel). Strežna E-DCH celica preko AGCH posreduje absolutno vrednost navzgornje oddajne moči, ki jo terminal lahko uporabi. Ostale celice v aktivnem nizu uporabljajo E-RGCH, s katerim priskrbijo zvečanje ali zmanjšanje za trenutno maksimalno navzgornjo moč. E-TFC izbor E-TFC izbor je odgovoren za izbiro transportnega formata na E-DCH, kar pomeni določitev navzgornjega prenosa in kontrola MAC-e multipleksa. Upoštevati mora razporeditev, ki jo dobi od NodeB, medtem ko terminal samostojno rokuje z MAC-e multipleksiranjem. Razporejevalnik nadzira razporeditev vira med terminali, na drugi strani E-TFC izbor nadzira razporejen vir tokov v terminalu, kjer se podatkom z višjo prioriteto dodeli prednost pri transportu. Sočasen obstoj E-DCH in DCH je prilagojeno tako, da se prvo ustreže DCH prometu, preostali vir moči pa se uporabi za E-DCH. Tako je TFC izbor izveden v dveh korakih. Prvo je izvršen normalen DCH TFC izbor, nato terminal preostalo moč uporabi za E- DCH TFC izbor. Možne velikosti transportnih blokov kot del ETC-jev so definirani v specifikaciji, s čimer se zmanjša količina signalizacije. Hibridni ARQ Hibridni ARQ (HARQ) napredne navzgornje povezave deluje podobno kot pri HSDPA in zagotavlja odpornost proti motnjam in poveča zmogljivost. V kombinaciji z povečano redundanco tvori naznačen kontrolni mehanizem hitrosti. Vzporedna uporaba večkratnega stoj in čakaj procesa se je izkazal kot učinkovita pri HSDPA in zato je iz Boštjan Štih: Uporaba prenosa podatkov v mobilnih omrežjih za poslovne namene Stran 16

22 istih razlogov uporabljena tudi pri HSUPA, saj omogoča hitro ponovno pošiljanje in veliko proizvodnjo z manjšo ACK/NACK signalizacijo. Po prejemu transportnega bloka v določenem TTI, ter namenjenim določenem HARQ procesu, NodeB poizkuša dekodirati niz bitov in končni rezultat (ACK ali NACK) signalizira terminalu. Za ACK/NACK se uporabi le en bit. Seveda mora terminal vedeti s katerim HARQ procesom je signal povezan. Terminal po prejetem NACK ponovni oddajo in NodeB z uporabo povečane redundance izvede mehko združevanje. Glavana razlika med navzgornjim in navzdolnjim prenosom je kdaj ponovno poslati. Pri navzdolnji povezavi lahko NodeB kadarkoli ponovi prenos do terminala. Pri navzgornji povezavi se uporabi sinhroni HARQ, zato se ponovni prenos ob točno določenem času po začetnem transportu in niso določeno razporejeni, tudi ni potrebno obvestiti terminal katero redundančno verzijo naj uporabi. Slika 13: Sinhroni in asinhroni ARQ (Vir: 3G Evolution: HSPA and LTE for mobile broadband/learning) Druga razlika je pri mehkem izročanju, saj se v HSUPA pri izročanju med NodeB, konča HARQ protokol v vseh vpletenih NodeB, medtem ko se v HSDPA HARQ zaključi le v enem terminalu. Terminal v HSUPA mora dobiti ACK/NACK bit od vseh vpletenih NodeB. Ko terminal, vsaj od enega NodeB prejme signal ACK, se smatra, da so podatki uspešno preneseni v omrežje. Prenos se ponovi le v primeru, da vsi vpleteni NodeB pošljejo NACK signal, kar pomeni, da ni nobenemu uspelo dekodirati prenesene podatke. Razporejanje fizičnih kanalov E-DCH je preslikan na enega ali več E-DPDCH, ločen od DPDCH. Odvisno od E-TFC izbora se uporablja različno število. Za nižje hitrosti je primeren en E-DPDCH z razprševalnim faktorjem premo sorazmerni z hitrostjo. Ostalo je v primerjavi z prejšnjimi verzijami nespremenjeno. Vrstni red, po katerem so razporejeni E-DPDCH-ji, je izbran, da se v terminalu zmanjša razmerje največje vrednosti in povprečja moči (PAR). Za vrstni red je pomembno, če sta prisotna HS-DPCCH in DPDCH. Pri večji vrednosti PAR se od ojačevalca terminal, zahteva zmanjšanje moči, ki vpliva na navzgornjo pokritost. Boštjan Štih: Uporaba prenosa podatkov v mobilnih omrežjih za poslovne namene Stran 17

23 Za zmanjšanje PAR na želeno čim manjšo vrednost, se uporabi SF2, iz česar se vidi, da imata dve kodi SF2 manjši par kot štiri kode SF2. Za višje hitrosti se uporablja kombinacija razprševalnih faktorjev. Kontrola moči Z uvedbo E-DCH ni prišlo do sprememb kontrole moči. Posamezni notranji krog kontrole moči priredi oddajno moč DPCCH in sorazmerno določi E-TFC izbor oddajno moč E-DPCH. Notranji krog kontrole moči se nahaja v NodeB in odločitve sprejema na podlagi ciljanega SIR (razmerje med signalom in motnjo), določenega z zunanjim krogom kontrole moči, lociranim v RNC-ju. V pomoč zunanjemu krogu kontrole moči, pošlje NodeB RNC-ju, število resnično uporabljenih ponovnih prenosov za oddajo transportnih blokov. RNC lahko z to informacijo določi ciljani SIR v notranjem krogu. Mobilnost Aktivni upravljalni niz za E-DCH uporablja iste mehanizme kot za Release99. Terminal meri kvaliteto signala sosednjih celic in o tem obvesti RNC. Zamenjava strežne celice je izvedeno isto kot pri HSDPA, istočasno je ista celica, strežna celica za E-DCH in HS- DSCH. Kategorije terminalov Podobno kot pri HSDPA, so zmožnosti terminalov na fizičnem nivoju, razdeljeni v šest kategorij. Število kanalnih kod in podpora vrednostim TTI, sta dva pomembna podatka, ki sta določena za številko kategorije. Za vse E-DCH terminale je obvezna podpora 10msTti, medtem ko le nekaj kategorij podpira 2ms. Najvišja podprta hitrost z 10ms TTI je 2Mbit/s. Razlog je v omejevanju količine v medpomnilniku NodeB za mehko združevanje. Pri ponovnem pošiljanju se lahko veliki transportni bloki preslikajo v veliko spomina mehkega medpomnilnika. Terminali, ki podpirajo E-DCH, morajo biti prav tako pripravljeni za uporabo HS-DSCH. Tabela 2: Kategorije HSUPA terminalov (Vir: Boštjan Štih: Uporaba prenosa podatkov v mobilnih omrežjih za poslovne namene Stran 18

24 2.3 Predstavitev paketnih aplikacij Nekaj pomembnejših aplikacij ki se lahko uporabljajo v HSPA omrežjih Brskanje premikajoči uporabniki želijo dostop do informacij, podatkov in zabave, kot so dnevne novice, vremenske napovedi in poslovne informacije. Brskanje vključuje tako WAP aplikacija specifična za mobilnike in javno brskanje po Internetu z uporabo mobitela ali prenosnega računalnika. Storitve pri brskanju so soodvisne, zato naj bi bila odzivnost storitev hitra, ter tako zadovoljive za uporabnike. Zajem glasbe in iger razen ponujajo osnovne mobilne telefonije, so mobilniki sposobni delovati kot glasbeni predvajalniki ali igralne naprave. Uporabniki lahko zajemajo glasbo in igre preko mobilnega omrežja. Čas zajema naj bi bil pod 1 minuto. Hitrosti zajema mora biti večja od 500kbit/s Mobilna pretočna televizija omogoča ogled televizijskih programov, glasbenih videov, itd. Nekaj deset kbit/s lahko ponudi osnovne novice, na drugi strani je za kvalitetni pretok potreben večji pretok podatkov, tipično nekaj čez 100kbit/s na povprečno velik zaslon mobilnika. Izmenjava videa v realnem času pretok videa je lahko deljen med dvema mobilnikoma. Med navadno govorno povezavo lahko uporabimo enosmerni pretok videa v realnem času, od osebo do osebe. Uporaba je lahko povečana z dvosmerno video povezavo na osnovi paketov. Pritisni in govori ta storitev omogoča uporabniku klic vseh v naprej definirani skupini ljudi le z pritiskom na en gumb, podobno kot je to pri walkie talkie storitvi. Klic pritisni in govori, lahko uporabimo za klic posameznika ali cele skupino in vzpostavitev enosmernega klica morami zelo hitra. Storitev je lahko razširjena z uporabo enosmerne izmenjave videa, ter se s tem ustvari pritisni in pokaži storitev. Pritisni elektronsko pošto kot tradicionalni prikazovalki elektronske pošte v potegni načinu, kjer uporabnik vzajemno dobi prihajajočo pošto ali pa jo uporabnik zajame na avtomatični način v določenih časovnih intervalih. V primeru pošlji pošto, strežnik pošlje naslov in del teksta pošte takoj ko pošta prispe do strežnika. Pritisni in govori in pritisni elektronsko pošto sta prvi stalno povezani storitvi, zato mora imeti terminal ves čas odprto IP povezavo. Spletne igre igre na mobilnikih, ki so v uporabi že nekaj let, so izboljšane z možnostjo igranja preko spleta, ki se zdaj lahko igrajo v realnem času tudi z uporabo mobilnih omrežij. Med igranjem se lahko opravi govorni klic, ali pritisni in govori. Mobilni spletni dnevnik to je kombinacija med multimedijskim in spletnim dnevnikom. Uporabnik lahko naloži slike in video, zajete z mobilnikom v njegov spletni dnevnik, da jih pokaže prijateljem.za nalaganje multimedije vsebine z mobilnikov, mora biti zadosten navzgornja podatkovni dostop. Brezžični širokopasovni dostop za dostop do Interneta z prenosnim računalnikom, operater končnemu uporabniku omogoči stalni bitni dotok (bit pipe) z visoko hitrostjo prenosa. Širokopasovni dostop je lahko polna mobilna rešitev, kot na primer uporabnik, ki hitro potuje z vlakom ali avtobusom skozi celice omrežja. Prav tako je namenjeno uporabnikom, ki so tipično stacionarni, Boštjan Štih: Uporaba prenosa podatkov v mobilnih omrežjih za poslovne namene Stran 19

25 vendar želijo prenesti prenosnik v pisarno, trgovino, restavracijo, domov in dostopajo do spleta. Lahko je primerljivo z brezžičnimi lokalnimi omrežji (WLAN) dostopi. Lahko se uporablja stalno na istem mestu namesto fiksne digitalne naročniške linije (xdsl). Paketna mreža in radijska povezava Stalna povezanost terminala do strežnika omogoča uporabo pritisni storitev. Možnost stalne povezave končnega uporabnika, izboljša medsebojen storitve in se izogne zakasnitvam pri vzpostavljanju povezave. Stalna fizična radijska povezava ves čas ni praktična, vendar mora omrežje obdržati logično povezavo, brez zasedanja fizičnih kanalov. Da lahko, kljub mobilnosti ohrani transportni nivo povezave, mora ohraniti isto IP (internet protokol) naslov. Mobilni management je vzdrževan v strežno podpornem vozlišču (SGSN), ki ve za lokacijo s pomočjo natančnosti usmerjenega področja. Prav tako so lahko informacije o mobilnosti nahajajo v krmilniku radijskega omrežja (RNC), ki lahko ve za lokacijo z celično ali z (UMTS radijsko dostopno omrežje) UTRAN registracijskega področja (URA). Ko je mobilnik brez RRC povezave je povezava med RNC in SGSN sproščena in RNC ne ve za mobilnik. Če pride podatek za mobilnik, takrat SGSN pokliče mobilnik in se vzpostavi RRC povezava. Boštjan Štih: Uporaba prenosa podatkov v mobilnih omrežjih za poslovne namene Stran 20

26 3. Prikaz delovanja omrežja, testi Pri izgradnji mobilnega omrežja je zelo pomembno planiranje oziroma načrtovanje, ki predvideva postavitev baznih postaj tako, da s kvalitetnim signalom zajame čim večjo populacijo prebivalstva, ter jim tako omogoči nemoteno uporabo storitev, ki jih ponuja mobilno omrežje. Pri načrtovanju je potrebno upoštevati veliko dejavnikov, ki vplivajo na izgradnjo omrežja, kot je pokritost s signalom, gostota prebivalstva, lastnosti terena, ali gre za mesto ali vas, bližina državne meje in drugo. Vse dobljene podatke se s pomočjo računalniškega programa simulira, ter se dobi vpogled v stanje omrežja. Pri vklopu novih baznih postaj, pa je pomembno kako dobro se združi z že delujočimi baznimi postajami in kako s tem vpliva na delovanje omrežja. Vendar pa računalniška simulacija ne more predvideti vseh vplivov in ovir, zato je potrebno na terenu narediti meritve, ki pomagajo pri pregledu delovanja omrežja. Ponudniki infrastrukturnih delov in izdelovalci merilnih instrumentov ponujajo merilne naprave za opazovanje in potrjevanje rezultatov, ter reševanje težav na terenu. Med bolj razširjenimi inštrumenti je TEMS (Test Mobile Station) proizvajalca Sony-Ericsson, ki ga pri svojih meritvah uporabljajo v Mobitelu in rezultati in meritve, ki jih bomo videli v tem poglavju, so bile izmerjene s tem inštrumentom. TEMS se sestoji iz mobilnega GSM ali UMTS terminala, zmogljivega prenosnega računalnika in GPS sprejemnika in omogoča pregled omrežja, kot ga vidijo običajni uporabniki s svojimi terminali. Dobljene rezultate lahko premerjamo z računalniško simulacijo. V nadaljevanju bo predstavljeno nekaj meritev, ki so bila izvedena v podjetju Mobitel d.d. Meritve UMTS pokritosti Nivo sprejetega signala (RSCP) Izmerjeni nivo signala RSCP (Received Signal Code Power) na določenem mestu, prikaže pokritost terena z UMTS signalom, ki ga pokriva ena ali več UMTS baznih postaj. RSCP se uporablja na UMTS sistemu za meritve na navzdolnji in navzgornji povezavi, vendar je običajno povezan le z meritvami na navzdolnji povezavi domnevnega mobilnega terminala in poslanem poročilu bazni postaji. Tabela 3: Nivo sprejetega signala (RSCP)(Vir: lasten) Temno zelena > -60dBm odlično Svetlo zelena -60dBm do -70dBm zelo dobro Rumena -71dBm do -80dBm dobro Svetlo oranžna -81dBm do -90dBm zadovoljivo Oranžna -90dBm do -100dBm slabo Rdeča < -100dBm zelo slabo RSCP je prejeta kodna moč na vodilnih bitih določenega kanala, izmerjen z mobilnim terminalom. Referenčna točka za RSCP je spojnik antene mobilnega terminala. Če je uporabljena oddajna raznolikost na merjenem kanalu, potem je potrebno ločeno izmeriti sprejeto moč kode vsake antene in jih sešteti, za pridobitev skupne prejete kodne moči Boštjan Štih: Uporaba prenosa podatkov v mobilnih omrežjih za poslovne namene Stran 21

27 na merjenem kanalu. Domet celice dobljen z RSCP je po standardu 3GPP -115dBm, kjer naj bi bil teoretično še lahko opravljen govor ali druga storitev. Slika 14: Nivo sprejetega signala (RSCP) (Vir: Interni podatki Mobitel d.d.,2009) Kakovost sprejetega signala (Ec/No) Ec/No (Energy of Chip over Noise) je eden najpomembnejših parametrov,ter predstavlja razmerje signala in šuma UMTS mobilne telefonije izmerjenim na neki določeni točki. Tabela 4: Kakovost sprejetega UMTS signala (Ec/No) (Vir: lasten) Temno zelena > -6dB odlično Rumena -6dB do -9dB dobro Svetleje oranžna -10dB do -12dB zadovoljivo Oranžna -13dB do -15dB slabo Rdeča < -15dB zelo slabo Pri tem šum sestavljajo šum baznih postaj, uporabnikov govornih in storitvenih komunikacij in drugo. V UMTS omrežju mobilni terminal običajno sprejme signal več baznih postaj, ki vse oddajajo na isti frekvenci- Zato je možno, da navkljub lokaciji blizu bazne postaje z visokim RSCP, ni možna povezav, zaradi visokega nivoja motnje druge bližnje bazne postaje. Ta pojav imenujemo signalno onesnaženje in čemur se Boštjan Štih: Uporaba prenosa podatkov v mobilnih omrežjih za poslovne namene Stran 22

28 načrtovalci omrežja poizkušajo izogniti. To se prepreči, da se izogne majhnim razdaljam med baznimi postajami in s tem čim manjše število mest, kjer se lahko pojavi. Vrednost Ec/No je med 0 in -18dB. Slika 15: Kakovost sprejetega signala UMTS (Ec/No) (Vir: Interni podatki Mobitel d.d.,2009) Uporabnik bi na robu celice bi pri nivoju sprejetega signala -105dBm in kakovosti sprejetega signala lahko opravil pogovor. Če se vključi še nekdo, ki povzroči motnjo 3dB, bi pogovor še lahko opravljal, če pa bi bila motnja večja za 2 ali več db, potem komunikacija ne bi bila več možna. Se pa težave z povezovanjem v omrežje ne pojavi vedno le na robu celice, saj v primeru razmerju signala in šuma znotraj celice, ki je manjši od -18dB, ne bo možna povezava. V tem primeru bi moral biti sprejemnik v UMTS terminalu sposoben dekodirati 18dB slabši signal od šuma okolice. Šum povzročajo vse elektronske naprave, bazne postaje, uporabniki sami in drugo. Z povečevanjem števila uporabnikov se povečuje tudi nivo šuma, s tem, da tisti ki opravljajo govorno storitev povzročajo manj šuma od tistih, ki uporabljajo podatkovno komunikacijo na isti oddaljenosti. Seveda uporabnik na robu pokritosti povzroča več šuma, kot tisti, ki je bližje bazni postaji. Ko se v celici prijavi nov uporabnik in povzroči dodaten šum, ki postane tako velik, da ga UMTS terminal uporabnika na meji celice ne more več dekodirati, se njegova zveza prekine. Uporabnik ima lahko na robu celice dovolj signal, vendar pa ga ob obremenitvi celice lahko tudi izgubi. Takim primerom, da uporabnik ne more komunicirati, se ponudniki mobilnih storitev poizkušajo izogniti, zato je pomembno doseči dobro razmerje signala in šuma v celotnem omrežju. Zgornji sliki prikazujeta stanje, v prvem četrtletju leta 2009, izmerjena nivoja in kakovosti sprejetega signala na območju Ljubljane. Iz slik je razvidno, da je nivo Boštjan Štih: Uporaba prenosa podatkov v mobilnih omrežjih za poslovne namene Stran 23

29 signala na celotnem območju zelo dobro, prav tako pa je kakovost signala dobra, kar omogoča dobre pogoje uporabnikom omrežja. Mobilni uporabniki omrežja lahko uporabljajo paketni prenos podatkov z dovolj veliki hitrostmi in brez skrbi, da bi bila njihova komunikacija prekinjena. Vidno so tudi točke, kjer je kakovost slaba, kar predstavlja mesta, kjer se lahko zgodi, da je kvaliteta storitev poslabšana, lahko pa se uporabnikom zveza tudi prekine. Ta mesta so izziv načrtovalcem omrežja, da z dobrim planiranjem in predvidevanjem, naredijo spremembe v omrežju, tako da omenjene slabe točke v omrežju odpravijo. Radijske meritve pri načrtovanju omrežja Načrtovanje mobilnega omrežja je eno glavnih dejavnosti, ki vpliva na izgradnjo in delovanje omrežja. Sprva je potreben pregled na terenu, kjer se predvidi postavitev bazne postaje, na katero vpliva gostota poseljenosti prebivalstva in konfiguracija terena. Po postavitvi bazne postaje sledijo meritve radijskega signala v njeni širši okolici in kjer pride do izgube signala, je potrebno načrtovanje dodatne bazne postaje, ki se običajno postavi na sredo takega področja, kar ni vedno izvedljivo, saj je odvisno od konfiguracije terena in poseljenosti področja. Po vklopu bazne postaje v UMTS ali GSM omrežje se preveri njeno delovanje in če so prisotni kakšni alarmi. Nato se naredi meritve, s katerimi se preveri pokritost območja signala v primerjavi z načrtovano oziroma predvideno pokritost in ali ga pokrije z dovolj kvalitetnim signalom za opravljanje storitev. Prav tako se preveri relacija z sosednjimi baznimi postajami. Slika 16: Nivo sprejetega signala pred postavitvijo bazne postaje (Vir: Interni podatki Mobitel d.d.,2009) Boštjan Štih: Uporaba prenosa podatkov v mobilnih omrežjih za poslovne namene Stran 24

30 Meritve izvaja merilna ekipa, ki večkrat prevozi področje pokrivanja bazne postaje in obrobno področje, saj lahko dobimo signal novo vklopljene bazne postaje tudi na področju, kjer se ga ni pričakovalo. Zaradi tega je zelo pomemben pravilen izbor in razporeditev frekvenc, saj slabo načrtovanje frekvenc povzroča interference. Kot primer načrtovanja in izgradnje omrežja je prikazano na primeru iz okolice Črmošnjic. Barve za nivo sprejetega signala so izbrane naključno in so prikazane v tabeli 3. Na slikah je geografski prikaz meritev nivoja ter kvalitete sprejetega signala pred in po postavitvi bazne postaje. Na prvi sliki je prikaza izmerjeni nivo signala na območju pred postavitvijo bazne postaje. Iz slike je razvidno slabo pokrivanje na območju kraja Črmošnjice in ceste proti Črnomlju. Na osnovi meritev je prišlo do odločitve, da se na omenjeno območje postavi nova bazna postaja. V bližini ni druge bazne postaje in tako ni možnosti popraviti signal optimizacijo. Na osnovi meritev se grobo določi lokacijo bazne postaje, medtem ko se mikrolokacija določi na osnovi ogleda terena, zatem pa se naredi še računalniška simulacija. Tako dobimo lokacijo, ki je najbolj primerna za pokrivanje kraja in ceste. Slika 17: Kakovost sprejetega signala pred postavitvijo bazne postaje (Vir: Interni podatki Mobitel d.d.,2009) Na naslednji sliki je prikaz meritve kvalitete signala pred postavitvijo bazne postaje, na izbranem območju. Barve za kvaliteto sprejetega signala so izbrane naključno in so prikazane v tabeli 4. Slika pokaže, da je zaradi slabe kvalitete signala v kraju Črmošnjice in na cesti naprej proti Črnomlju, nujno potrebno postaviti novo bazno postajo. Boštjan Štih: Uporaba prenosa podatkov v mobilnih omrežjih za poslovne namene Stran 25

31 Po vključitvi bazne postaje v omrežje GSM ali UMTS je potrebno ponovno opraviti meritve, da se preveri delovanje bazne postaje in da se preveri pokritost terena. Seveda je najbolj zanimivo, ali se je z novo vključeno bazno postajo pokrilo dovolj terena oziroma ali smo pokrili toliko, kolikor smo pričakovali. Slika 18: Nivo sprejetega signala po vključitvi bazne postaje (Vir: Interni podatki Mobitel d.d.,2009) Na sliki 18 so prikazane meritve na terenu po vklopu bazne postaje. Lokacijo bazne postaje razkrivata dve modri puščici, ki ponazarjata usmerjenost signala posamezne antene. Pri primerjavi meritev sprejetega nivoja signala med sliko 16 in sliko 18, se opazi bistvene spremembe, iz česar lahko ugotovimo, da se je signal v vasi Črmošnjice in na cesti proti Črnomlju zelo popravil. Na sliki 18, je večina pomembnejših cest obarvanih z zeleno in rumeno, kar po tabeli 3 pomeni, da je sedaj signal dober oziroma odličen. Prav tako se je popravila tudi kvaliteta sprejetega signala, kar se vidi na sliki 19. V primerjavi s sliko 17, je vidno občutno izboljšanje kvalitete signala. Dobljeni rezultati meritev so nam pokazali, izboljšanje signala na celotnem opazovanem področju, kjer se je s postavitvijo nove bazne postaje, močno izboljšal nivo in kakovost signala. Na določenih mestih opazovanega področja pred postavitvijo nove bazne postaje, je bil signal slab ali pa ga sploh ni bilo, tako da so imeli prebivalci Črmošnjic in okolice veliko težav pri uporabi mobilnega omrežja. Prav tako so imeli mobilni uporabniki na opazovanih cestah težave pri prenosu podatkov, kjer je verjetno prihajalo do prekinitev prenosa ali pa je bila hitrost prenosa zelo majhna, to pa močno vpliva na Boštjan Štih: Uporaba prenosa podatkov v mobilnih omrežjih za poslovne namene Stran 26

32 zadovoljstvo uporabnikov in na odločitve o uporabi mobilnega omrežja za prenosa podatkov. Slika 19: Kakovost sprejetega signala po vključitvi bazne postaje (Vir: Interni podatki Mobitel d.d.,2009) Stanje po zagonu nove bazne postaje se je močno izboljšalo in uporabniki na tem področju lahko uporabljajo mobilno omrežje za govor in prenos podatkov. Za nekatera gospodinjstva na tem področju, ki iz različnih razlogov nimajo možnosti uporabe fiksnega širokopasovnega omrežja, je postalo mobilno omrežje edina možnost dostopa do medmrežja in podatkov. Lahko se zaključi, da je bila izbira lokacije za novo bazno postajo pravilna, bazna postaja pa se je lepo spojila z drugimi baznimi postajami, ter tako pripomogla k izboljšanju delovanja in zanesljivosti mobilnega omrežja. Meritve prenosa podatkov Za testiranje prenosa podatkov sem naredil nekaj testov, tako da sem s pomočjo internetne strani» meritve prenosa podatkov v Mobitelovem mobilnem omrežju. Vsi testi so bili izvedeni na enak način in sicer je bila vedno uporabljen a povezava do strežnika»hosting.pajek.net«v Ljubljani. Za modem sem uporabil USB modem icon 7.2 S proizvajalca Option, ki omogoča povezavo na GSM, GPRS, EDGE, UMTS in HSDPA, ter omogoča hitrosti do 7,2Mbit/s. Za test delovanja HSUPA pa sem uporabil USB modem Ovation MC930D proizvajalca Novatel Wireless, ki omogoča hitrost prenosa podatkov k uporabniku 7,2Mbit/s in od uporabnika (HSUPA) Boštjan Štih: Uporaba prenosa podatkov v mobilnih omrežjih za poslovne namene Stran 27

33 do 2,0Mbit/s. Modem sem priključil na prenosni računalnik, ter se s spletnim brskalnikom povezal na že prej omenjeno stran. Meritve so bile izvedene na razdalji približno 300 metrov zračne linije od najbližje Mobitelove bazne postaje, druga najbližja pa je oddaljena približno 1300 metrov. Od modema do antena bazne postaje je bilo vidno polje, kar pomeni, da med njima ni bilo nobenih ovir, kot so stavbe, drevesa in drugo. Tabela 5: Primerjava hitrosti prenosa podatkov med HSDPA in EDGE (Vir: lasten) HSDPA EDGE Datum Ura DL [Mbit/s] UL [Mbit/s] TTI [ms] DL [Mbit/s] UL [Mbit/s] TTI [ms] ,256 3,47 0, ,22 0, ,663 3,11 0, ,19 0, ,394 3,35 0, ,21 0, ,685 3,74 0, ,21 0, ,813 4,48 0, ,21 0, ,396 3,44 0, ,21 0, ,685 3,91 0, ,18 0, ,854 3,32 0, ,21 0, ,254 3,28 0, ,15 0, ,663 3,46 0, ,19 0, ,799 3,82 0, ,21 0, ,354 4,28 0, ,22 0, ,668 3,67 0, ,2 0, ,835 4,02 0, ,2 0, povp. 3,67 0, ,20 0, Najprej me je zanimalo kakšna je razlika med hitrostjo prenosa pri HSDPA in EDGE. Za opazovanje HSDPA sem se odločil, ker je Mobitel večino svojih baznih postaj nadgradil na HSDPA sistem, tako da se uporabniki UMTS omrežja pri prenosu podatkov običajno povežejo prek HSDPA. Hitrost pri HSDPA je dosti večja kot pri UMTS povezavi. Podobno je pri EDGE, ki je nadgradnja GSM sistema. Teste sem izvajal nekaj dni zapored trikrat na dan in sicer zjutraj, ko naj bi bilo manj prometa, saj gre za spalno področje, kjer ni tovarn in podjetij in naj v tem času ne bi bilo povezanih veliko uporabnikov. Naslednji termin sem izbral sredi popoldneva, ko se zaključi delavnik in kot nazadnje večerna ura, ko naj bi bilo po mojih pričakovanjih omrežje najbolj zasedeno. Iz tabele x je razvidno, da pri obeh sistemih večjih nihanj pri hitrosti prenosa v omrežju ni videti. Razlika hitrosti prenosa med sistemoma je očitna, saj so navzgornje in navzdolnje hitrosti pri HSDPA deset krat večje kot pri EDGE, zato je prvi izbor pri uporabi prenosa podatkov tam kjer je to mogoče, sistem HSDPA, kjer pa ni možna uporaba HSDPA sistema, ga lahko EDGE sistem solidno nadomesti. Hitrosti prenosa so res manjše, vendar za prenos manjše količine podatkov, kot so prebiranje tekstovnih elektronskih sporočil, prebiranje dnevno informativnih in poslovnih informacij, ter prenos manjših tekstovnih datotek, povsem zadovoljive. Razlike so tudi pri času prenosa TTI, kjer so opazne večje razlike med meritvami. Glede na to, da večjih razlik med Boštjan Štih: Uporaba prenosa podatkov v mobilnih omrežjih za poslovne namene Stran 28

34 izmerjenimi hitrostmi ni videti, me je kot naslednje zanimalo, če preko dneva, res ne pride do večjih sprememb. Zato sem izvajal meritve na vsako uro preko celega dneva, tako da sem dobil do štirinajst rezultatov na dan. Slika 20: Meritve HSPA navzgornje hitrosti prenosa podatkov (Vir: lasten) Slika je pokazala, da večjih razlik pri hitrosti prenosa ni, razen enega primera, ko je hitrost padla na približno 1Mbit/s. V tistem času se je na področju, kjer sem izvajal meritve razbesnela nevihta in vplivala na delovanje omrežja. Slika 21: Meritve HSPA navzdolnje hitrosti prenosa podatkov (Vir: lasten) Boštjan Štih: Uporaba prenosa podatkov v mobilnih omrežjih za poslovne namene Stran 29

35 Navzdolnja hitrost je bila približno 0,35Mbit/s ali 350kbit/s in prav tako brez velikih odstopanj. Kmalu po opravljenih meritvah se je omenjena bazna postaja nadgradila na HSUPA, kar je vidno tudi na sliki, ko se hitrost poveča na približno 1Mbit/s. Slika 22: Prenosni časovni interval (Vir: lasten) Prenosni časovni interval je bil pred nadgradnjo med 150 in 330 ms, po nadgradnji pa je bil le še okoli 70 ms, z dosti manj nihanji. Z povprečno navzdolnjo hitrostjo 3,5Mbit/s in 360kbit/s navzgornjo hitrostjo, je mobilno omrežje primerljivo oziroma lahko nadomesti fiksni širokopasovni dostop, ter ima prednosti v mobilnosti in možnosti dostopa, kjer je pokritost s signalom dobra, brez dodatnih priključkov in nastavitev. Slabost je zakasnitveni čas, ki je višji v primerjavi z fiksnim omrežjem, vendar se te lastnosti spremenijo pri HSUPA sistemu, skupaj z navzgornjo hitrostjo. Vendar takih hitrosti ne moramo pričakovati v vsem omrežju, saj se pogoji močno razlikujejo. Ta pričakovanja so potrdili testi, ki sem jih izvedel na drugi lokaciji in sicer v eni od ljubljanskih fakultet, kjer so se pogoji razlikovali od prejšnje lokacije. Nahajal sem se znotraj stavbe, v okolico 1000 metrov so locirane štiri bazne postaje, katerih antene niso bile v videnem polju, saj so jih zakrivale okoliške zgradbe. Predvidoma je bilo tudi na področju pokrivanja iste celice, večje število uporabnikov govornih in prenosnih storitev, kar dodatno vpliva na hitrost. Opazna je manjša hitrost in večje nihanje, vendar pa z povprečjem 1,75Mbit/s še vedno zadovoljivo. Zakasnitveni čas se je gibal med 100 in 300 ms. Boštjan Štih: Uporaba prenosa podatkov v mobilnih omrežjih za poslovne namene Stran 30

36 Slika 23: Meritve HSPA hitrosti prenosa podatkov na lokaciji 2 (Vir: lasten) Boštjan Štih: Uporaba prenosa podatkov v mobilnih omrežjih za poslovne namene Stran 31

37 4. Razvoj mobilnih omrežij s tehnologijo LTE Ideja LTE se je pojavila leta 2004 in jo je podprlo združenje 3GPP. S kasnejšimi specifikacijami je postala neke vrste vzporedna veja HSPA, z željo zagotoviti še večje hitrosti prenosa podatkov in zmanjšati zakasnitveni čas, z upoštevano normalno kapaciteto in zaželeno konično podatkovno hitrostjo. Odločeno je bilo, da bi moral biti radijski dostop osnovan z ortogonalnim frekvenčnim multipleksiranjem (OFDM) za navzdolnjo povezavo in posamični nosilec FDMA v smeri do operaterja. Današnje rešitve pa uporabljajo MIMO antene. LTE standard zagotavlja večjo pretočnost podatkov, ki že danes omogoča hitrost 100Mbit/s v smeri do uporabnika in 30Mbit/s na navzgornji povezavi. Z razvojem naj bi dosegli hitrost 300Mbit/s in zmanjšali prehodni čas oziroma zakasnitveni čas, na manj kot 10ms. End-to-end IP prenos visoko kakovostnih vsebin med končnimi uporabniki, naj bi bila glavna komercialna smer razvoja. S tem je LTE popolnoma konkurenčen obstoječim širokopasovnim omrežjem. LTE sistem naj bi popeljal mobilne komunikacije v novo desetletje in ni nujno da se nanaša na predhodne sisteme in ne potrebuje združljivost z WCDMA in HSPA. Pojavile so se želje, kot na primer prilagodljiva nosilna pasovna širina, ki v globalnem pogledu postaja vse bolj kompleksno. LTE mora biti sposoben delovati na vseh pasovih in z vsemi pasovnimi širinami, ki so na razpolago operaterjem. Vendar se v praksi lahko uporabi le omejeno število pasovni širin, saj bi se v nasprotnem primeru stroški močno povečali. Zato LTE predvideva uporabo 1.25, 1.6, 2.5, 5, 10, 15 in 20MHz dodeljenih širokih pasov. Prilagodljiva podpora možnosti uporabe drugih pasovnih širin poleg 5MHz, predstavlja LTE zanimivo za operaterje. Pomembnejši cilj LTE je doseči visoke hitrosti in majhne zakasnitve na robu celice. Razvoj LTE in HSPA se je začel ob približno istem času, zato je 3GPP poskrbel za sobivanje obeh na jedrnem omrežju. Ker se jedrno omrežje, ki je bilo zasnovano v osemdesetih in se do danes ni dosti spremenilo, se je študija razvoja sistemske zgradbe (SAE-System Architecture Evolution) osredotočila na jedrno omrežje za naslednje desetletje. Filozofija SAE je da se paketna komutacija loči od vodovne komutacije. To naj bi se uresničilo z prihajajočo 3GPP izdajo. Novo paketno omrežje bo podpiralo tako HSPA kot tudi LTE in se bo LTE uporabljal na določenih majhnih delih, kjer bo za to potreba. Operaterji bodo omrežja nadgradili postopoma, najprej HSPA omrežje v razvito HSPA omrežje, ter nato dodali LTE celice na območja, kjer primanjkuje kapacitet ali kjer bi radi ponudili storitve, ki jih ne omogoča HSPA. Na tak način se zmanjšajo stroški operaterja, saj LTE omrežje ni potrebno graditi od začetka. 4.1 Cilji LTE sestave Zahteve za LTE so bile razdeljene na področja: Zmogljivost Ciljane najvišje hitrosti so pri navzgornji povezavi 50Mbit/s in navzdolnji 100Mbit/s, ko se uporablja razporejanje na 20MHz pasovni širini. Najvišje hitrosti za ostale pasovne širine so, primerno razporejene na lestvici. Zahteve so lahko izražene tudi kot 5bit/s/Hz za navzdolnjo povezavo in 2,5bit/s/Hz za navzgornjo. V primeru TDD se navzgornji in navzdolnji prenos po definiciji ne more pojaviti istočasno, torej zahteve po najvišji Boštjan Štih: Uporaba prenosa podatkov v mobilnih omrežjih za poslovne namene Stran 32

38 hitrosti prav tako ne morejo biti istočasne. Medtem ko je za FDD dovoljena istočasna sprejem in oddaja z najvišjo hitrostjo. Zahteve za prehodni čas so razdeljene na krmilno in uporabniško ravnino. Krmilna ravnina se osredotoča na zakasnitev pri prehodu iz neaktivnega v aktivno stanje terminala, v katerem lahko oddaja in sprejema podatke. Stranske zahteve so, da LTE podpre dvesto terminal v aktivnem stanju pri delovanju v 5MHz, pri širši razporeditev, pa vsaj štiristo. Število neaktivnih terminalov v celici ni izrecno nastavljeno, a bi moralo biti znatno večje. Zahteve uporabniške ravnine so izražene z časom, ki ga potrebuje terminal za oddajo malega IP paketa do roba RAN vozlišča ali obratno meritev na IP nivoju. Čas enosmerne oddaje ne bi smela prekoračiti 5ms v nezasedenem omrežju, kjer niso prisotni drugi terminali. Zmogljivost sistema Ciljana hitrost uspešno dostavljenih podatkov je določena z povprečjem in pet odstotkov dostave uporabnikom, kjer ima 95% uporabnikov boljše učinke. Učinkovita pasovne širine je določena z količino dostavljenih podatkov v sistemu na celico z enoto bit/s/mhz/celico. Mobilnost se osredotoča na hitrost mobilnih terminalov. Najboljši učinki so predvideni pri majhnih hitrostih terminalov 0-15km/h, kjer je manjše poslabšanje dovoljeno pri povečani hitrosti. LTE bi moral zagotoviti dobre rezultate do 120km/h, nad to hitrostjo pa naj bi bil sposoben vzdrževati zvezo skozi celo celico. Maksimalna hitrost, ki naj bi jo sistem še lahko upravljal je 350km/h. Poseben poudarek je na glasovnih uslugah, ki morajo biti primerljive z WCDMA in HSPA. Pri pokritosti se osredotoča na obseg celice oziroma največjo razdaljo od bazne postaje do terminala v celici. Celica naj bi zagotovila visoko kvaliteto storitev na razdalji do pet kilometrov, v celicah do 30 kilometrov, pa se učinkovitost in uspešnost omrežja poslabša. Možne so tudi do 100 kilometrov velike celice. LTE naj bi omogočal boljše MBMS storitve, tako razpršeno oddajanje kot oddajanje posamezniku. 1 bit/s/hz je želena spektralna učinkovitost pri razpršenem oddajanju, kar ustreza približno 16 mobilni TV kanalom, vsak z uporabo 300kbit/s razporejeni v 5MHz pasovni širini. Možna naj bi bila ponudba MBMS storitev na enem kanalu, kot tudi v kombinaciji z drugimi ne MBMS storitvami. Seveda je mogoča uporaba MBMS storitev istočasno z govornimi klici. Perspektive v zvezi z razvojem Scenariji predvidevajo razvojem LTE sistema kot samostojno omrežje ali v povezavi z WCDMA/HSPA in GSM, a to ne vpliva na praktične omejitve oblikovalnih kriterijev. Vendar njihov soobstoj in sodelovanje, zahteva mobilnost terminalov med njimi, seveda morajo terminali podpirati uporabo različnih omenjenih tehnologij. Najdaljša sprejemljiva prekinitev med prehodom različnih tehnologij z radijskim dostopom, je za storitve v realnem času predvidena 300ms prekinitev, za storitve v nerealnem času pa 500ms. Omenjeni časi za prekinitev pri prehodu so ne zaželeni in zato se v praksi pričakuje boljše rezultate. Soobstoj in sodelovanje predvideva možnost prehoda iz LTE oddaje več uporabnikov v način oddaje posamezniku v GSM ali WCDMA. Boštjan Štih: Uporaba prenosa podatkov v mobilnih omrežjih za poslovne namene Stran 33

39 Spektralna fleksibilnost in razvoj Osnovne zahteva na spektralni fleksibilnosti je razvoj LTE na obstoječih frekvencah, kar pomeni soobstoj z sistemi,ki jih že uporabljajo, vključno z WCDMA/HSPA in GSM. Podpirati bi moral tako frekvenčni dupleks (FDD), kot tudi časovni dupleks (TDD). Dupleks shema ali razvrstitev je lastnost tehnologij z radijskim dostopom. FDD sistem je razvit v dodelitvi spektralnega para, kjer je ena frekvenca namenjena za navzdolnji prenos in druga za navzgornjega. TDD sistem temelji na razporejanju v neparnem spektru. Parna dodelitev za FDD je 2 x 60 MHZ, a je posameznim operaterjem določen manjši spekter, na primer 2 x 20MHz ali celo 2 x 10MHz. Pri migraciji določenega že uporabljenega spektra, za nove radijsko dostopne tehnologije, je potrebno zagotoviti dovolj spektra za obstoječe uporabnike. Na začetku bi se za namen uporabe LTE preselilo le manjši del spektra, a bi se postopoma povečeval. Spektralna fleksibilnost poudarja potrebo LTE stopenj v frekvenčni domeni in delujoč v različnih frekvenčnih pasovih. To je potrjeno kot seznam dodeljenih spektrov (1.25, 1.6, 2.5, 5, 10 in 20 MHz). Kot rečeno, bi moral LTE biti sposoben delovati v parnih in neparnih spektrih in razvrščen v različne frekvenčne pasove, vendar na začetku ni potrebna podpora vseh pasov. Zgradba in migracija 3GPP je predstavil nekaj vodil za LTE RAN zgradbo: Dogovorjena naj bi bila ena zgradba LTE RAN Zasnovana naj bi bila na paketih, čeprav bi moral biti podprt tudi relano časovni in pogovorni promet Zmanjšanje posameznih napak, brez dodatnih stroškov za zaledje Poenostavljeno in zmanjšanje števila vmesnikov medsebojni vpliv omrežnega radijskega sloja in transportnega omrežnega sloj, se ne sme onemogočiti, če v interesu izboljšanja učinkovitosti sistema podpora konec do konca kakovost storitev (QoS) mehanizmi za kakovost storitev mora upoštevati različne vrste prometa, da se zagotovi učinkovit izkoristek pasovne širine oblikovana naj bi bila za zmanjšanje zakasnitvenih razlik (jitter) za promet kot je TCP/IP Upravljanje radijskih virov Zvišana podpora kontrole kvalitete konec do konca zahteva izboljšanje ujemanja storitev, aplikacij in protokolov z RAN viri in radijskimi karakteristikami. Zahteva po učinkovitejši podpori za prenos višjih slojev preko radijskega vmesnika. Porazdelitev obremenitve in upravljanje preko različnih tehnologij z radijskim dostopom, potrebuje premišljene izbirne mehanizme za usmerjanje mobilnih terminalov v smeri ustrezne tehnologije pri prehodu med njimi. 4.2 Cilji oblikovanja SAE Navkljub vsemu, da je glavno področje SAE ne radijski dostop, so cilji razdeljeni na več področij: Boštjan Štih: Uporaba prenosa podatkov v mobilnih omrežjih za poslovne namene Stran 34

40 Visok nivo z uporabniškega in delavnega vidika Osnovne zmožnosti Več dostopna in brezprekinitvena mobilnost Zahteve po učinkovitosti razvoja 3GPP sistema Varnost in zasebnost Obračunavanje SAE sistem bi moral biti zasnovan tako, da deluje z več mobilnimi tehnologijami, ne le LTE in omogoča lahek prehod med njim. V bistvu se ne omejuje le na delovanje omrežij z radijskim dostopom, ampak tudi odpira mobilnost z fiksno dostopnimi omrežji. Tako, da je potrebno pri razvoju 3GPP omrežja upoštevati tudi druga omrežja. Pri prehodu med različnimi tehnologijami omrežja, je potrebno zagotoviti lahek prehod, brez poslabšanja kvalitete in brez izgub. Zaželeno je sodelovanje z staro paketno komutacijo, vendar pa ni potrebna podpora njenih storitev. Načini delovanja niso tako podrobno določeni kot pri LTE, ampak so predvideni prometni scenariji, kot je uporabnik do uporabnika in uporabnik do skupine uporabnikov. Potrebe SAE omenjajo tudi z vidika storitev in sicer predvidevajo uporabo storitev kot so pogovor, video, sporočila in izmenjavo datotečnih podatkov v smislu razpršenega oddajanja. Predvidene so potrebe po podpori IPv4 in IPv6 povezav, vključno z mobilnostjo med omrežji, ki podpirajo različne IP verzije in tudi komunikacijo med mobilnimi terminali, ki uporabljajo različne verzije. Katerekoli storitve na podlagi IP bodo podprte, čeprav ne z optimalno kakovostjo. SAE sistem mora zagotoviti varnostne mehanizme, ki so enako dobri ali boljši, kot jih uporabljata WCDMA/HSPA in GSM. To pomeni tudi zaščito proti grožnjam in napadom, vključno z tistimi na internetu. Zagotovljena bi morali biti informacijska verodostojnost med terminalom in omrežjem, ter istočasno omogočiti zakonito prestrezanje prometa. Upoštevati je potrebno uporabnikovo zasebnost na več nivojih, na primer zaupnost komunikacij, zasebnost lokacije in zaščita identitete. Tako bo sistem skril identiteto pred neavtorizirani tretji osebi, zaščitil vsebino, izvor, destinacijo in lokacijo. Avtorizirane stranke so običajno vladne agencije, uporabnik pa lahko dovoli drugim strankam vpogled v njegovo lokacijo, recimo za upravljanje avtoprevoznikov. Predvideno je več različnih načinov zaračunavanja vključno z klicatelj plača, enotna tarifa in zaračunavanje na podlagi kvalitet storitev. Večina shem za zaračunavanje pregleduje informacije, ki jih dobi v jedrnem omrežju. 4.3 Poizkusna testiranja LTE Zdaj ni več vprašanje LTE/SAE da ali ne, ampak kdaj, kako in kje se bo začelo uporabljati. Za motivacijo operaterjev je pomemben prikaz stabilnosti in učinkovitosti novega sistema v samem začetku, ki je pomembno za lahko in cenovno ustrezno napredovanje in implementacijo nove tehnologije. Glede na to, da so določila z strani 3GPP dobra in stabilna, je čas za prve preizkuse in prikaz njihovih rezultatov. Več podjetij je že opravilo prav testiranja, ki so potekala v realnih in testnih okoljih. Podjetje Nokia Siemens Network je v sodelovanju z Fraunhofer Institut opravilo meritve učinkovitosti delovanja LTE radio sistema v realnih pogojih, v dveh večjih nemških mestih. Končni rezultati pa bodo pomagali pri izgradnji in optimizaciji produktov v Boštjan Štih: Uporaba prenosa podatkov v mobilnih omrežjih za poslovne namene Stran 35

41 začetni stopnji. Osredotočili so se na verjetne scenarije, predvsem v zvezi z antenami baznih postaj in njihovimi nastavitvami, kjer je že vzpostavljeno 3G omrežje. Nokia Siemens Networks je prvo živo demonstracijo prenosa z uporabo LTE zračnega vmesnika, predstavilo novembra 2006 na ITU kongresu v Hong Kongu. Prvi prikaz delovanja LTE do več uporabnikov v realnem urbanem okolju, je bil izveden v centru Berlina decembra Medtem je bilo opravljeno še veliko dodatnih testov obeh načinov FDD in TDD. Testi v nadaljevanju so osredotočeni na FDD in so namenjeni za: Demonstracijo stabilnega delovanja LTE in učinkovitosti prevzema radijske povezave v realnih urbanih pogojih Demonstraciji hitrosti prenosa na meji celice in prikaz hitrosti prenosa, ki ga je možno doseči z uporabo primernih anten Raziskati dosegljive prenosne hitrosti v okolju enega in več uporabnikov, zunaj in znotraj zgradbe Pregledu optimalnega delovanja razporejevalnika LTE bazne postaje za mešane scenarije kakovosti storitev, pri različnih razmerah na prenosnem kanalu Test vpliva hitrosti terminala na prenosu z uporabo različnih modulacijskih shem Pregled vpliva prilagodljive MIMO preklopnega načina (posamični / dvojni tok prenosa) v realnih pogojih Tako so izbrali tri primere testov: 1. Ceste okoli podjetja v Munchen-u oddaljene do 300 metrov od bazne postaje 2. Široko področje javnih cest oddaljene do 1000 metrov od testne antene 3. In dolga pot po cesti do razdalje 4000 metrov od testne bazne postaje v Berlinu Prvi in tretji test sta bila izvedena z enim mobilnim terminalom (kombi), drugi test pa vzporedno z štirimi terminali, tako da sta bila dva terminala v avtomobilu in dva statično postavljena v zgradbo, za opazovanje vpliva na učinke sistem s prebojem iz stavbe. Slika 24: Oprema v testnem kombiju (Vir: Nokia Siemens Networks, 2009) Boštjan Štih: Uporaba prenosa podatkov v mobilnih omrežjih za poslovne namene Stran 36

42 Vsi testi so bili izvedeni z uporabo Nokia Siemens Network LTE razvojne platforme, ki jo sestavljajo LTE bazna postaja, posebej razviti terminali, GPS sprejemniki in različni prenosni računalniki, ki delujejo kot lokalni terminali za vzdrževanje, aplikacijski strežniki in aplikacijski odjemalec. LTE razvojna platforma trenutno deluje v 2,6MHz frekvenčnem pasu, za katerega se predvideva, da bo postal prvotni spektralni pas v Evropi. Podpira do 20 MHz široke pasove z 2x2 MIMO konfigurirano anteno, kontrolira območje ene celice in je lahko prilagodljiv potrebam po spremembi za dosego zadnjih LTE določil. Ne glede na to da standardi vse spreminjajo, se bo testni sistem prilagajal komercialna LTE baznim postajam in pred prodajni terminalni opremi. Slika 25: Antene dveh terminalov na strehi testnega kombija (Vir: Nokia Siemens Networks, 2009) Za testiranje med vožnjo so uporabili kombi, v katerega so vgradili dva terminala (UE2 in UE3), tako da so na streho vozila pritrdili po dve anteni za posamezni terminal. To omogoča spremenljivo razmerje signala in šuma, ko se razmere na kanalu med vožnjo spreminjajo. Isti testi se uporabljajo tudi v laboratorijih, vendar namesto prenosa preko zračnega vmesnika, LTE bazno postajo in terminal priključijo na kanalni simulator, ki ustvari različne pogoje radijskega kanala in simulacije šumov. Za vse teste je bila uporabljena 20MHz pasovna širina pri 2GHz z 2x2 MIMO anteno. Bazna postaja avtomatično preklaplja med eno pretočnim in več pretočnim prenosom, odvisno od SNR, ki ga poroča terminala. Poleg tega je modulacija prilagojena z uporabo QPSK, 16 QAM in 64 QAM, odvisno od aktualnega stanja na kanalu oziroma od poročanega SNR. Test 1: Poti znotraj podjetja. Stavbe podjetja Nokia Siemens Networks so visoke med 17 in 23 metri z dvema vrstama dreves vzdolž ceste na sredini. Dolžina cest je okoli 900 metro in razdalja do bazne postaje je od 50 do 300 metrov. Namen tega testa je Boštjan Štih: Uporaba prenosa podatkov v mobilnih omrežjih za poslovne namene Stran 37

43 demonstrirati navzdolnji pretok podatkov pri majhni hitrosti terminala, v tipičnem urbanem okolju, ki ga pokriva LTE celica v okolici 300 metrov, z veliko zasenčenji signala, ki jih povzročajo zgradbe. Slika 26: Testno okolje v podjetju Nokia Siemens Networks (Vir: Nokia Siemens Networks, 2009) Slika prikazuje izmerjene hitrosti podatkov za samo enega uporabnika, skupaj z izmerjeno hitrostjo vožnje kombija po testnem območju in v smeri vožnje kot jo prikazujejo puščice na sliki. Rezultati so pokazali, da je bila prepustnost v povprečju od 60 do 100Mbit/s pri razmeroma nizki hitrosti vožnje od km/h, kljub senčenjem signala, ki ga povzročajo okoliške visoke zgradbe. Skoraj je prišlo do brez direktne vidljivosti (Non Line-Of-Side, NLOS), razen v nekaterih križiščih, kjer so namerili hitrost prenosa okoli 140Mbit/s. V celoti gledano prepustnost ni nikoli padla pod 50 Mbit/s, kar je spoštljiv rezultat, gleda na težke razmere. Široko področje javnih cest je bilo v bližini podjetja, oddaljeno od bazne postaje od 350 do 1000 metri. Območje je opredeljeno kot srednja gostota stavb vzdolž glavne ceste, v glavnem stanovanjske hiše visoke do 20 metrov. To območje predstavlja tipično predmestno in mestno okolje. Izvedena sta bila dva različna scenarija in sicer samo en uporabnik v celici in več aktivnih terminalov v isti celici. Namen testa samo enega Boštjan Štih: Uporaba prenosa podatkov v mobilnih omrežjih za poslovne namene Stran 38

44 uporabnika v celici je izmeriti dosegljive navzdolnje hitrosti prenosa, v značilnem urbanem okolju celice z radiem 1000 metrov in pod vplivom spreminjajočih razmer skozi naselje s hitrostjo do 40 km/h. Slika 27: Prepustnost pri vožnji po cestah podjetje (Vir: Nokia Siemens Networks, 2009) Na sliki so vidni rezultati prepustnosti skozi ves čas vožnje skupaj z hitrostjo vožnje. Slika 28: Prepustnost za enega uporabnika na javnih cestah (Vir: Nokia Siemens Networks, 2009) Boštjan Štih: Uporaba prenosa podatkov v mobilnih omrežjih za poslovne namene Stran 39

45 Med vožnjo se je bilo potrebno večkrat ustaviti, zaradi križišč, kar je vidno kot padec hitrosti. Ker je bi test izveden v času gostega prometa se je hitrost gibala med 30 in 40 km/h. Izmerjena prepustnost je bila v območju od 14 do 83Mbit/s in se je spreminjala zaradi senčenj, ki so se pojavljala na poti in se je v povprečju zmanjševala z večanjem oddaljenosti od bazne postaje. Vendar je tudi bila tudi pri oddaljenosti 1000 metrov dosežena hitrost 30Mbit/s. Namen testa z več uporabniki je prikazati običajno okolje z več uporabniki in izmeriti navzdolnje hitrosti prenosa podatkov. Primer statičnega uporabnika, sta bila dva terminala postavljena znotraj pisarne. Prvi terminal (UE4) se je nahajal v laboratoriju z antenami postavljenimi ob oknu, za dosego dobrega SNR. Oddaljen od bazne postaje 282 metrov. Drugi terminal (UE1) se je nahajal isto oddaljen od bazne postaje, le da je imel antene postavljene 4 metre od okna v notranjost prostora. Ostala dva terminal sta bila v kombiju, tako, da sta imela anteni postavljeni na streho z različno orientacijo. Slika 28 prikazuje izmerjene hitrosti prenosa podatkov za posamezni terminal, skupaj z hitrostjo vožnje testnega kombija, ki je v povprečju dosegal hitrost 40 km/h. Iz tabele je vidno, da so najboljše rezultate izmerili pri terminalu UE4, ki se je nahajal ob oknu in sicer 30-60Mbit/s. Pri drugem terminalu v notranjosti prostora UE1, pa je bila izmerjena hitrost 12-52Mbit/s. Druga mobilna terminala sta dosegla hitrost prenosa med 5 in 25Mbit/s, odvisno od razmer na kanalu. Vse radijske zmogljivosti so deljene med terminali povezanimi na isto celico, odvisno od razmer na kanalu in od odločitev razporejevalnika. Slika 29: Rezultati meritev hitrosti prenosa več terminalov v isti celici (Vir: Nokia Siemens Networks, 2009) Rezultat je viden pri spreminjanju hitrosti statičnega terminala, ker mora razporejevalnik, kolikor je mogoče, zadovoljiti zahtevam mobilnih terminalov. Pri rezultatih je tudi vidna razlika med mobilnima terminaloma, ki se pojavi zaradi drugačne Boštjan Štih: Uporaba prenosa podatkov v mobilnih omrežjih za poslovne namene Stran 40

46 postavitev anten, medtem ko se je kombi ves čas vozil pod istim kotom od bazne postaje. Test meritev na dolgi razdalji je bil izveden v Berlinu z namenom pregleda žilavosti sinhronizacijskega mehanizma v navzdolnji povezavi in stabilnost povratne informacije na povezavi proti bazni postaji. Pri LTE je zmogljivost povratne informacije ključnega pomena za realizacijo visoke zmogljivosti na povezavi k uporabniku in je dosežena z izbiro frekvence razporejevalnika in prilagoditvijo povezave, ki je glavna prednost LTE radijskega vmesnika. Glede na to, da je oddajna moč terminala omejena na 200mW, zato so žilavost kontrole moči in predučasenje (TA) obvezna za stabilnost navzgornjega povratnega kanala. Slika 30: Testno okolje za dolgo vožnjo (Vir: Nokia Siemens Networks, 2009) Puščice na sliki kažejo smer vožnje merilnega kombija. Okolje ob cesti je tipično urbano z različno velikostjo stavb med 40 in 70 metri. Park je od bazne postaje oddaljen 1000 metrov in je večinoma pokrit z drevesi, konča se pri Brandeburških vratih. Na poti stoji 67 metrov visok marmornati kip (Siegessaule), ki povzroči senčenje radijskega signala. Rezultati meritev so prikazani v tabeli x, kjer je vidno, da je bila dosežena maksimalna hitrost okoli 120Mbit/s. Sinhronizacija z bazno postaje je bila stabilna in ni nikoli padla pod 1Mbit/s. Ti rezultati kažejo na žilavost delovanja sistema brez izgube signala in Boštjan Štih: Uporaba prenosa podatkov v mobilnih omrežjih za poslovne namene Stran 41

47 visoki prenosom podatkov na razdalji do 4 kilometre. Skupna prepustnost je razdeljena na njeni dve nezdružljivi komponenti v zvezi z MIMO metodami razporejeno z razporejevalnikom. Algoritem razporejevalnika podpira prilagojeni MIMO način preklapljanja za prenos danega bloka fizičnega vira (RPB) v eno ali več tokovnem načinu, odvisno od razmer kanala. Več tokov je izvedeno z konfiguracijo 2x2 MIMO antene. Rezultati nam kažejo, da se več tokovni način uporablja pogosto in nikoli ne pade na vrednost nič, dokazano da nekateri RPB vedno uporabljajo več tokovni način, kar dokazuje, da drugi tok močno prispeva k visoki skupni sposobnosti sistema. Več tokov je tudi ključnega pomena za dosego visokih hitrosti prenosa podatkov, katerih ne morejo doseči samostojne antene. Ko se razmere na kanalu poslabšajo prilagoditveni razporeditven algoritem poveča uporabo eno tokovnega prenosa in s tem prispeva k stabilnemu prenosu na celi merilni poti. Slika 31: Tabela Rezultati meritev pri oddaljeni vožnji (Vir: Nokia Siemens Networks, 2009) Za ocenitev karakteristik in delovanja LTE radijskega vmesnika je bilo narejenih nekaj pomembnih testov med vožnjo z testnim avtomobilom. Kot rezultat se lahko pokaže, da so oblikovni cilji LTE kot so določeni v 3GPP specifikacijah, lahko dosegljivi in zanesljivi. Sistem omogoča stabilnost in trdnost, kar je pomembno za zagotovilo ustrezne podpore velikim hitrostim podatkov. Pri teh testih se je Nokia Siemens Network osredotočila na najbolj verjetne scenarije v začetni fazi razvoja LTE/SAE tam, kjer je že uvedeno 3G omrežje. Vendar bo v naslednjih fazah razvoja potrebno opraviti še veliko testov z različnimi scenariji in področji, ter večjim številom uporabnikov. Rezultati mobilnih testov so spodbudni za pretok LTE celice tudi v zelo težkih primerih. Odvisno od scenarijev je lahko celica ponudila povprečni pretok med 20 in 60 Mbit/s. Boštjan Štih: Uporaba prenosa podatkov v mobilnih omrežjih za poslovne namene Stran 42