Mobilna platforma pomiarowa do badań parametrów jakościowych systemów komórkowych

Transkrypt

1 Mobilna platforma pomiarowa do badań parametrów jakościowych systemów komórkowych dr inż. Rafał Niski Zakład Systemów i Sieci Bezprzewodowych Z-8 w Gdańsku

2 Plan prezentacji Wprowadzenie Platforma pomiarowa Funkcjonalność platformy Budowa i komponenty platformy Procedura pomiarowa Przykładowe wyniki pomiarów Podsumowanie

3 Wprowadzenie Podczas wykonywania badań systemów komórkowych bardzo często zachodzi konieczność realizacji pomiarów w terenie, nierzadko w trudnych warunkach. Wymagane cechy zestawu pomiarowego: mobilność zestawu, automatyzacja procedur pomiarowych - ograniczenie do minimum czynności użytkownika obsługującego zestaw, wykrywanie nieprawidłowości funkcjonowania zestawu i przeciwdziałanie im. Oczekiwany rezultat pomiarów - mapy obrazujące: rzeczywisty poziom sygnału na konkretnym obszarze, dostępność usług oferowanych przez konkretnych operatorów, parametry jakościowe tych usług.

4 Wprowadzenie c.d. W ramach europejskiego projektu EfficienSea, realizowanego w latach , w Instytucie Łączności w Gdańsku opracowano pierwszą wersję mobilnej platformy pomiarowej. Pierwotny cel: wyznaczenie obszarów dostępności usług transmisji danych, umożliwiających realizację usług e-nawigacji, na wybranych akwenach Morza Bałtyckiego. Prezentowane rozwiązanie z powodzeniem było wykorzystywane podczas rozległej kampanii pomiarowej na wodach Morza Bałtyckiego wykonywanej pod koniec 2011 roku zebrano dane z ponad 40 tys. punktów pomiarowych.

5 Wprowadzenie c.d.

6 Wprowadzenie c.d. Czynniki mające wpływ na rozwój platformy pomiarowej: zlecenia komercyjne, budowa sieci LTE w Polsce, polityka UKE związana z oceną jakości i dostępności usług w sieciach telekomunikacyjnych w Polce, dopasowanie do wymagań UKE: ETSI EG , ITU-T Y.1540, ITU-T Y.1541, starania by IŁ stał się niezależną jednostką przeprowadzającą badania jakości w sieciach komórkowych, optymalizacja pracy platformy pomiarowej.

7 Funkcjonalność platformy pomiarowej Pomiary szerokiego spektrum parametrów jakościowych i identyfikacyjnych systemów komórkowych: 2G: GSM, GPRS, EDGE, 3G: UMTS, HSPA, HSPA+, 4G: LTE Analiza funkcjonowania tych systemów : Pokrycie zasięgiem Dostępność oraz jakość usług transmisji danych Pełna zgodności wyznaczania parametrów jakościowych z wymaganiami ETSI oraz ITU wymóg UKE

8

9 Budowa platformy pomiarowej Zdalny serwer FTP (Instytut Łączności w Gdańsku) INTERNET Dane Sterowanie Sieć komórkowa Transmisja bezprzewodowa Moduł GSM/UMTS/ HSPA/LTE Moduł GPS Programowalny analizator widma Moduł aplikacji: Sterowanie pomiarami Obliczenia Klient FTP Sterowanie modułami Obsługa błedów Tworzenie raportów Inne... Raport: Poziom sygnału odebranego Rzeczywista przepływność w łączu w górę/dół Dostępność usług Jakość usług Opóźnienia Znacznik czasu i lokalizacji

10 Budowa platformy pomiarowej Moduł GSM/UMTS/LTE: LTE USB Access Head, karta Sierra Wireless AirPrime MC7710 LTE/HSPA+ Obsługa interfejsów: GSM, GPRS, EDGE, HSPA+ (HSDPA kat. 24, HSUPA kat. 6), LTE (kat. 3) Zakresy częstotliwościowe: EDGE/GPRS/GSM 900/1800/1900 MHz. WCDMA 900/2100 MHz, LTE 800/900/1800/2100/2600 MHz, Wsparcie dla technik: Dual-cell, dywersyfikacja antenowa, MIMO. Interfejs USB 2.0, sterowanie komendami AT

11 Budowa platformy pomiarowej Przenośny Analizator widma Anritsu MS2721B Pasmo pracy: 9 khz 7.1 GHz Pasmo RBW: 1 khz 3 MHz, Wbudowany przedwzmacniacz, Tłumik do 65 db, Max dop. moc wejściowa 20 W, Liczne opcje pomiarowe systemów GSM/GPRS/EDGE/WCDMA/HSDPA, Wbudowany odbiornik GPS. Antena pomiarowa Cobham XPO2V GF/1441 Charakterystyka dookólna Pasmo pracy GHz, Zysk 2 dbi. Kompaktowe wymiary (wys cm, śred cm, waga 325 g).

12 Budowa platformy pomiarowej Moduł GPS Holux M-215 Przewodowy odbiornik GPS, wyposażony w chipset MTK Czułość urządzenia: -159 dbm Czas zimnego startu: 36 sekund Wsparcie dla protokołu transmisji danych NMEA0183 ver.3.01 Moduł aplikacji (interfejs użytkownika) Sterowanie i kontrola poprawności funkcjonowania urządzeń wchodzących w skład platformy, Automatyzacja procedur pomiarowych Wykonywanie niezbędnych obliczeń, zapis wyników. Wykrywanie, zapobieganie i powiadamianie o błędach

13

14 Procedura pomiarowa Zdalny serwer FTP w IŁ w Gdańsku (podłączony do symetrycznego łącza światłowodowego o przepływności 100 Mb/s i opóźnieniu rzędu pojedynczych milisekund), pliki testowe o różnych rozmiarach: od 10 kb do 100 MB. Konfiguracja serwera FTP Konfiguracja pomiarów Konfiguracja modułu GPS (COM) Konfiguracja modemu: Podłączenie modemu (COM) Wybór systemu Wybór pasma pracy Wybór kategorii terminala Konfiguracja analizatora widma Możliwość zapisania/wczytania konfiguracji do/z pliku

15 Procedura pomiarowa c.d. Inicjalizacja modemu Zestawienie połączenia z serwerem FTP przy wykorzystaniu modułu GSM/UMTS/HSPA/LTE. Rozpoczęcie pomiarów - dwukierunkowa transmisja danych pomiędzy serwerem FTP a mobilną platformą Pomiar dla łącza w dół pobieranie pliku z serwera FTP; Pomiar dla łącza w górę przesyłanie pliku do serwera FTP. Rozmiar przesyłanego pliku dobierany w sposób adaptacyjny: przepływność maleje stopniowe zmniejszanie rozmiaru pliku, przepływność wzrasta stopniowe zwiększanie rozmiaru pliku, Dostosowanie rozmiaru pliku ma na celu: zabezpieczenie aby czas pomiaru nie przekroczył zdefiniowanej wartości maksymalnej, uniezależnienie pomiaru od chwilowych wartości przepływności, wyznaczenie średnich wartości parametrów w zdefiniowanym odcinku czasu oraz drogi przebytej w trakcie pomiaru.

16 Procedura pomiarowa c.d. Po zakończeniu transmisji, obliczenie faktycznie uzyskanych przepływności, zgodnie z zaleceniami ETSI i ITU Jeżeli aktywna jest opcja współpracy z analizatorem widma, w oparciu o dane systemowe uzyskane z modemu, następuje automatyczne dostrojenie analizator do odpowiedniej częstotliwości i szerokości kanału oraz wykonywany jest pomiar mocy sygnału w kanale radiowym. Po zakończeniu każdego pomiaru moduł aplikacji generuje raport zawierający uzyskane wyniki w formacie umożliwiającym łatwe przetwarzanie zgromadzonych danych. W trakcie trwania pomiarów wizualizacja mierzonych parametrów w postaci graficznej oraz tekstowej. Zaimplementowane mechanizmy automatycznego wykrywania i zapobiegania błędom. Powiadamianie operatora o błędach (audio-wizualne, SMS). Obróbka danych pomiarowych wykonywania jest w post-procesingu.

17 Procedura pomiarowa c.d. Parametry zapisywane podczas pomiarów: Data i czas pomiaru, pozycja geograficzna, prędkość, kurs, wysokość, Kierunek transmisji Maksymalna (95%) oraz minimalna (5%) szybkość transmisji [kb/s] Średnia szybkość transmisji (próbki) [kb/s] Odchylenie standardowe (szybkość transmisji) [kb/s] Liczba próbek Średnia szybkość transmisji (czas) [kb/s] Czas transmisji [ms] Przesłanych danych [bajty] Opóźnienie transmisji [ms] Jitter [ms] Przesłanych pakietów Utraconych pakietów PLR [%]

18 Procedura pomiarowa c.d. Parametry zapisywane podczas pomiarów c.d.: PLMN (Public Land Mobile Network) LAC / TAC (Location Area Code / Tracking Area Code) Pasmo, szerokość kanału [MHz] Usługa GSM/UMTS/LTE Moc sygnału (RSSI) [dbm] (Received Signal Strength Indication) Moc sygnału (RSCP / RSRP) [dbm] (Received Signal Code Power/ Reference Signal Receive Power) Ec/Io / RSRQ [db] (Reference Signal Received Quality) SINR [db] Cell ID BSIC (Base Station Identity Code) SC (Scrambling Code) Kanał GSM/UMTS/LTE (Modem/Analizator) Moc w kanale radiowym [dbm]

19 Przykładowe wyniki

20 Przykładowe wyniki Interpolacja szybkości transmisji

21 Przykładowe wyniki Zależność wybranych parametrów w funkcji odległości dla sieci 3G UPLINK DOWNLINK Opóźnienie (ping) Moc sygnału

22 Przykładowe wyniki Komplementarna dystrybuanta CCDF przepływności uzyskiwanych w sieci 3G w funkcji odległości od stacji bazowej UPLINK DOWNLINK

23 Podsumowanie Przewidywana dalsza modernizacja platformy pomiarowej: moduł skanowania widma przy pomocy analizatora widma, moduł przełączający karty SIM (w trakcie realizacji), modemy CDMA 410 MHz i 450 MHz wraz ze stosownymi antenami, Możliwość przeprowadzenia pomiarów jakości transmisji danych we wszystkich komercyjnych sieciach komórkowych na terenie Polski.

24 Podsumowanie Zadania realizowane przez Z-8 w ramach międzyzakładowej pracy statutowej Badanie jakości publicznie dostępnych usług telekomunikacyjnych w sieciach ruchomych Analiza Raportu Memorandum pod kątem oceny przydatności posiadanej platformy pomiarowej. Określenie parametrów jakościowych objętych pomiarami (MPP) prowadzonymi w ramach testowej kampanii pomiarowej. Rozbudowa MPP w zakresie dostosowania do wymogów Memorandum, dodania modułu przełączającego karty SIM. Opracowanie scenariuszy i metodyki pomiarowej, Przeprowadzenie testowych pomiarów. Opracowanie i analiza rezultatów badań. Opracowanie narzędzi do analizy i graficznej prezentacji wyników badań.

25 Dziękuję za uwagę Zakład Systemów i Sieci Bezprzewodowych w Gdańsku ul. Jaśkowa Dolina 15, Gdańsk tel. (+48) , fax (+48) R.Niski@itl.waw.pl