qualipoc android älypuhelin-pohjainen mittalaite
TRANSCRIPT
QualiPoc Android älypuhelin-pohjainen
mittalaite mobiiliverkon analysointiin
Matias Salonen
Opinnäytetyö
Joulukuu 2015
Tietotekniikka
Tietoliikennetekniikka
TIIVISTELMÄ
Tampereen ammattikorkeakoulu
Tietotekniikka
Tietoliikennetekniikka
Matias Salonen
QualiPoc Android älypuhelin-pohjainen mittalaite mobiiliverkon analysointiin
Opinnäytetyö 42 sivua, joista liitteitä 6 sivua
Joulukuu 2015
Opinnäytetyön tarkoituksena oli perehtyä QualiPoc Android-laitteeseen, 4G-verkon mit-
tauksiin ja yleisesti 4G-verkkoon sekä käsitellä 5G-verkon tulevaisuutta.
QualiPoc Android on älypuhelin-pohjainen työkalu ääni- ja datapalveluiden vianmääri-
tykseen ja RF-optimointiin. Opinnäytetyössä keskityttiin 4G-verkon analysointiin.
Käytännön osuudessa QualiPoc Android-laitteella suoritettiin erilaisia mittauksia Tam-
pereen ammattikorkeakoulun laboratoriossa ja ulkomaailmassa kolmen eri operaattorin
verkossa. Tämän opinnäytetyön avulla saa yleiskuvan QualiPoc Android-laitteesta ja sen
avulla tehtävistä 4G-verkon mittauksista. Työssä käsitellään muutama esimerkki mittauk-
sista kuten kaikkien kolmen eri operaattorin verkossa suoritetut kuuluvuusmittaukset,
SINR (signaalin ja kohinan sekä häiriön suhde)-kuvaajat ja latausnopeusmittaukset Terä-
lahdesta.
Asiasanat: 4G, 5G, matkapuhelinverkko, qualipoc android
ABSTRACT
Tampereen ammattikorkeakoulu
Tampere University of Applied Sciences Degree programme in Information and Communication Technologies
Telecommunications and Networks
Matias Salonen
QualiPoc Android smartphone based tool for mobile network analyzing
Bachelor's thesis 42 pages, appendices 6 pages
December 2015
This Bachelor's thesis is about QualiPoc android smartphone-based tool for mobile net-
work analyzing and it also covers 4G and 5G networks. The first part of this thesis tells
about the 4G network and speculates future usage and technological solutions of 5G. The
practical part includes different types of 4G measurements that were made by QualiPoc
android device.
Tampere University of Applied Science received a QualiPoc Android measuring device
from Rohde & Schwarz for educational usage. This thesis gives you some general infor-
mation about QualiPoc Android device and how to use it in 4G measurements. This thesis
covers a few examples of measurements such as the LTE coverage measurements made
by three different Operators network, SINR (Signal to interference plus noise ratio)-
graphs and download measurement.
4G, 5G, mobile network, qualipoc android
4
SISÄLLYS
1 JOHDANTO ...................................................................................................... 7
2 LONG TERM EVOLUTION-VERKKO .......................................................... 8
2.1 Arkkitehtuuri .............................................................................................. 9
2.1.1 Radioverkko E-UTRAN.................................................................. 9
2.1.2 Runkoverkko EPC ......................................................................... 10
2.1.3 Radioverkon ja runkoverkon muodostama kokonaisuus EPS ...... 10
2.1.4 Päätelaite UE ................................................................................. 11
3 5G-TEKNOLOGIA ......................................................................................... 12
3.1 Radioyhteysverkko .................................................................................. 13
3.2 5G:n keskeisimmät kehitysalueet ............................................................ 14
3.3 Verkon suorituskyky ................................................................................ 15
4 QUALIPOC ANDROID-MITTALAITE ........................................................ 17
4.1 Diversity Optimizer-ohjelmisto ............................................................... 18
4.1.1 NetQual NQView-käyttöliittymä .................................................. 18
4.2 Asetukset .................................................................................................. 19
4.3 Monitorit .................................................................................................. 20
4.3.1 Status ja loki .................................................................................. 21
4.3.2 Data ............................................................................................... 22
4.3.3 Palveleva solu................................................................................ 23
4.3.4 Solut ja kattavuus .......................................................................... 24
4.3.5 Kartat ............................................................................................. 25
4.3.6 IP-monitori .................................................................................... 26
4.3.7 Testit ja tapahtumat ....................................................................... 26
4.4 4G-verkon mittaukset .............................................................................. 27
4.4.1 Mittausparametrit .......................................................................... 27
4.4.2 Kuuluvuusmittaukset .................................................................... 28
4.4.3 Latausnopeusmittaukset ................................................................ 31
5 POHDINTA ..................................................................................................... 34
LÄHTEET ............................................................................................................. 36
LIITTEET ............................................................................................................. 37
Liite 1. RSRP-kuvaajat TAMK – Murole reitiltä ............................................ 37
Liite 2. RSRQ-kuvaajat TAMK – Murole reitiltä ........................................... 39
Liite 3. RSSI-kuvaajat TAMK – Murole reitiltä ............................................. 41
5
LYHENTEET JA TERMIT
3GPP 3rd Generation Partnership Project
APN Access Point Name
BLER Block Error Rate
eNB Evolved Node B
EPC Evolved Packet Core
EPS Evolved Packet System
ETSI European Telecommunication Standard Institute
E-UTRAN Evolved UMTS Terrestrial Radio Access Network
FC Fog Computing
GSM Groupe Special Mobile
HetNet Heterogeneous Network
HSS Home Subscriber Server
ITU International Telecommunication Union
ITU-R ITU Radio communication Sector
LTE Long Term Evolution
Max TxPwr Max Transmission Power
ME Mobile Equipment
MEC Mobile Edge Computing
MIMO Multiple Input Multiple Output
MME Mobility Management Entity
MT Mobile Termination
NFV Network Function Virtualization
OFDMA Orthogonal Frequency Division Multiple Access
PCI Physical Cell Id
PDN Packet Data Network
PDSCH Physical Downlink Shared Channel
P-GW Packet Data Network Gateway
PUSCH Physical Uplink Shared Channel
QRxLevMin Minimum Required RX level
RAT Radio Access Technology
RSRP Reference Signal Received Power
RSRQ Reference Signal Received Quality
6
RSSI Received Signal Strength Indication
RTT Round Trip Time
SAE System Architecture Evolution
SDN Software Defined Network
S-GW Serving Gateway
TE Terminal Equipment
TxPwr Current Transmission Power
UE User Equipment
UICC Universal Integrated Circuit Card
UMTS Universal Mobile Telecommunication System
USIM Universal Subscriber Identity Module
WAN Wide Area Network
7
1 JOHDANTO
Tässä opinnäytetyössä käsitellään QualiPoc Android älypuhelin-pohjaista verkon analy-
sointityökalua, neljännen sukupolven matkapuhelinverkkotekniikka 4G LTE:tä ja 5G-
verkon tulevaisuutta.
Käytännön osuudessa suoritettiin LTE-verkon kuuluvuus- ja latausnopeusmittauksia kol-
men eri operaattorin verkossa. Mittaukset suoritettiin ajamalla TAMK – Murole väliä au-
tolla ja kolmea eri sim-korttia käyttämällä kiertämällä matkan varrella muutamia asuin-
alueita sekä keskusta-alueita. Latausnopeusmittauksia suoritettiin myös TAMK – Murole
reitillä pysähtymällä reitin aikana ennalta määrättyihin paikkoihin lataamaan 100 MB tie-
dosto kaikilla kolmella sim-kortilla. Mittausdataa kertyi niin paljon, että työssä käsitel-
lään vain muutama valittu esimerkkimittaus, joiden perusteella saadaan riittävä yleiskuva
4G-verkon mittauksista.
Työn alussa käsitellään 4G-verkon historiaa, tekniikkaa ja arkkitehtuuria. Työn keskivai-
heessa tutustutaan 5G-verkon kehitykseen, tulevaisuuteen ja tutustutaan QualiPoc
Android-laitteen ominaisuuksiin sekä Diversity Optimizer-ohjelmistoon. Työn loppu-
osassa esitellään käytännön mittauksia ja tutkitaan niistä kerättyä dataa.
8
2 LONG TERM EVOLUTION-VERKKO
Long Term Evolution LTE:n kehitys alkoi 2004 usean standardointijärjestön yhteistyö-
organisaation 3GPP:n aloitteesta. LTE kehittyi 3GPP:n aikaisemmasta järjestelmästä
(UMTS), joka taas kehittyi GSM-järjestelmästä. International Telecommunication Union
(ITU) julkaisi 2008 listan vaatimuksia neljännen sukupolven (4G) matkapuhelin teknii-
koille nimellä IMT-Advanced. LTE:n ensimmäinen versio dokumentointiin ja hyväksyt-
tiin 3GPP:n Release 8 julkaisussa Joulukuussa 2008. Release 8 sisälsi tärkeimmät LTE:n
ominaisuudet.
3G-teknologian nopea yleistyminen, sekä 2007 Applen julkaistua ensimmäisen puheli-
mensa iPhonen ja myös Googlen Android-käyttöjärjestelmään perustuvien puhelimien
ilmestyminen lisäsivät tiedonsiirron käyttöä suuresti. 2G- ja 3G-verkot alkoivat ruuhkau-
tua 2010 aikoihin, mikä johti verkon kapasiteetin lisäämiseen.
LTE-verkko perustuu OFDMA-tekniikkaan yhdistettynä korkeampaan modulointiin
(64QAM asti), suurempaan kaistanleveyteen (20MHz asti) ja MIMO-antenni tekniikkaan
(4x4 asti) jotka mahdollistavat teoreettisen nopeuden 350 Mb/s.
LTE-Advanced on kehittyneempi verso LTE-tekniikasta joka standardisoitiin 3GPP:n
Release 10 julkaisussa marraskuussa 2011. LTE-Advanced tukee teoriassa modulaatiota
128QAM asti, kaistanleveyttä 100MHz asti ja MIMO-antennitekniikkaa 8x8 asti. Teori-
assa LTE-Advanced tekniikalla voidaan saavuttaa jopa 3 Gb/s nopeus (3GPP. LTE).
9
2.1 Arkkitehtuuri
LTE:n arkkitehtuuri muodostuu kolmesta komponentista, jotka ovat päätelaite UE, radio-
verkko E-UTRAN ja runkoverkko EPC. Kuvassa (kuva 1) on kuvattu LTE-verkon arkki-
tehtuuri (LTE Network Architecture).
Kuva 1. LTE-arkkitehtuuri (Alcatel Lucent, The LTE Network Architecture)
2.1.1 Radioverkko E-UTRAN
E-UTRAN käsittelee radioliikennettä matkapuhelimen ja EPC:n välillä ja sisältää vain
yhden komponentin, joka on tukiasema eli evolved Node B (eNB). Jokainen eNB-tuki-
asema ohjaa puhelimia yhdessä tai useammassa solussa, ja jokainen puhelin kommunikoi
yhden tukiaseman ja yhden solun kanssa kerrallaan. Matkapuhelimen kanssa kommuni-
koivaa tukiasemaa kutsutaan palvelevaksi tukiasemaksi (serving eNB).
Tukiasemalla on kaksi päätehtävää, ensimmäiseksi tukiasema lähettää radiolähetyksiä la-
tauslinkissä oleviin matkapuhelimiin ja vastaanottaa lähetyksiä uplinkiltä käyttäen analo-
gisia ja digitaalisia signaalin prosessointi funktioita LTE:n ilmarajapinnassa. Toiseksi tu-
kiasema ohjaa matkapuhelimien matalan tason operaatioita, lähettämällä erilaisia sig-
nalointisanomia kuten tukiaseman vaihto viestejä. Jokainen tukiasema on yhteydessä run-
koverkkoon EPC S1-rajapinnan kautta. Tukiasema voi myös olla yhteydessä toiseen tu-
kiasemaan X2-rajapinnan avulla, jota lähinnä käytetään signalointiin ja pakettien välittä-
miseen verkosta toiseen siirtymisen aikana.
10
2.1.2 Runkoverkko EPC
EPC (Evolved Packet Core) on LTE:n runkoverkko, joka tarjoaa mobiiliverkon ydintoi-
minnot, jotka aikaisemmissa 2G- ja 3G-verkoissa on toteutettu kahdella eri osa-alueella:
piirikytkentäisenä ääntä varten ja pakettikytkentäisenä tiedonsiirtoa varten. Runkover-
kossa mobiilipalvelut, kuten ääni-, data- ja videoyhteydet, ovat rakennettu käyttäen IP-
protokollaa (Alcatel Lucent. Introduction to evolved Packet Core).
EPC koostuu seuraavista komponenteista: MME (Mobility Management Entity) eli liik-
kuvuudenhallintaelementti, S-GW (Serving Gateway) ja P-GW (Packet Data Network
Gateway). MME on ohjaustason elementti, joka on yhteydessä tukiasemiin ja huolehtii
myös LTE-päätelaitteen signaloinnista tilaajarekisterin HSS (Home Subscriber Server)
kanssa. MME vastaa päätelaitteen UE seurannasta ja kutsumisesta päätelaitteen ollessa
valmiustilassa.
S-GW on radioverkon ja runkoverkon välinen yhdyskäytävä, joka palvelee käyttäjää UE
reitittämällä saapuvia ja lähteviä IP-paketteja, sekä kuljettaa dataa tukiaseman ja PDN:n
välillä.
P-GW kommunikoi ulkomaailman kanssa SGi-rajapinnan kautta. P-GW on yhteydessä
yhden tai useamman ulkoisen laitteen tai pakettidataverkon kanssa, kuten verkko-ope-
raattorin palvelimien, internetin tai IP-multimedia-alijärjestelmän kanssa.
Jokainen PDN tunnistetaan APN:n avulla (LTE Network Architecture).
2.1.3 Radioverkon ja runkoverkon muodostama kokonaisuus EPS
LTE-verkon radioverkko osa E-UTRAN ja runkoverkko EPC muodostavat yhdessä ko-
koisuuden, jota kutsutaan EPS (Evolved Packet System), jonka tehtävä on välittää kiin-
teän verkon yhdyskäytävästä pakettidata päätelaitteeseen. EPS on täysin IP-pohjainen ja
siinä kulkevat reaaliaikaiset palvelut sekä datapalvelut IP-protokollaa käyttäen. IP-osoite
on varattu päätelaitteelle, kun se on käynnistetty ja osoite luovutetaan uuteen käyttöön
laitteen sammuessa. LTE-verkko muodostuu tukiasemista, jotka ovat suoraan yhteydessä
11
toisiinsa ja jokainen tukiasema on yhteydessä verkkoon. Tämän ansiosta erillisiä ver-
konohjauskeskuksia ei tarvita, ja näin verkon arkkitehtuurista on saatu yksinkertainen,
jolloin yhteyden muodostaminen verkossa on saatu nopeammaksi ja viiveet pienemmiksi.
(Alcatel Lucent, LTE Network Architecture).
2.1.4 Päätelaite UE
Päätelaite UE:n (User Equipment) arkkitehtuuri on identtinen aikaisempien UMTS- ja
GSM-järjestelmien kanssa. Varsinainen viestintälaite tunnetaan nimellä ME (Mobile
Equipment). ME voidaan jakaa kolmeen komponenttiin: MT, TE ja UICC. MT (Mobile
Termination) hoitaa kaikki kommunikaatio toiminnot, TE (Terminal Equipment) valvoo
datan kulkemista ja UICC (Universal Integrated Circuit), joka tunnetaan SIM-korttina,
pyörittää sovellusta USIM. USIM varastoi käyttäjätietoja kuten puhelinnumeron ja koti-
verkon tunnisteen (LTE Network Architecture).
12
3 5G-TEKNOLOGIA
5G on matkapuhelintekniikoiden seuraava kehitysaskel. 5G-teknologian tarkoituksena on
tarjota yhteys kaikenlaisille laitteille ja sovelluksille, jotka hyötyvät verkkoyhteydestä.
Mobiililaajakaistan yleistyminen johtaa suurempaan verkon kapasiteetin ja siirtonopeuk-
sien tarpeeseen. 5G tarjoaa langattoman yhteyden monenlaisiin uusiin sovelluksiin, kuten
älyvaatteisiin, älykoteihin, liikenteen turvallisuuteen ja ohjaukseen, kriittisen infrastruk-
tuurin ja teollisuuden sovelluksiin, sekä erittäin nopeaan median lähetykseen. Toisin kuin
aikaisemmat matkaviestintäteknologiat, 5G-teknologiaa ei tule nähdä pelkkänä radio-
verkkotekniikkana, vaan yleisenä langattoman yhteyden ratkaisuna vastaamaan kasvavia
tiedonsiirron vaatimuksia vuodesta 2020 eteenpäin.
Alkuvuodesta 2012 ITU-R (International Telecommunication Union Radio Sector) aloitti
kehitysohjelman ”IMT for 2020 and Beyond”, joka antoi lähtölaukauksen 5G-teknolo-
gian kehitystyölle ympäri maailmaa. 5G-järjestelmien kaupallisen käyttöönoton odote-
taan alkavan vuodesta 2020 eteenpäin (ITU. ITU towards ”IMT for 2020 and beyond”).
Kuva 2. 5G etenemissuunnitelma (5GPPP, 5G Vision)
13
5G-teknologian täytyy pystyä vastaamaan arviolta 1000-kertaa suurempaan datan mää-
rään, kymmeniin miljardeihin erilaisiin laitteisiin, 10—100 kertaa suurempaan saatavissa
olevaan käyttäjän dataan, 5-kertaa pienempään viiveeseen ja 10-kertaa parempaan akun
kestoon.
5G-teknologia mahdollistaa monen tukiaseman välisen koordinoinnin, kehittyneet anten-
nit ja laitteesta laitteeseen kommunikoinnin.
2020-vuonna ihmiset ja erilaiset järjestelmät eivät ole ainoita, jotka luovat ja jakavat da-
taa, vaan miljardit esineet ovat myös olennainen osa viestintäinfrastruktuuria. Tämä kä-
sittää pilvilaskennan, virtualisoinnin, mobiililaajakaistan massiivisen kasvun, suuremman
datan määrän kuin koskaan aikaisemmin ja enemmän uusia laitteita sekä liiketoiminta-
malleja. 5G-infrastruktuuri tulee olemaan myös paljon aikaisempaa tehokkaampi. Paran-
neltu spektrinen tehokkuus mahdollistaa 5G-järjestelmien kuluttavan murto-osan siitä
energiasta, mitä 4G-verkot kuluttavat tällä hetkellä samalla tiedonsiirtomäärällä.
Nykyiset radioyhteysteknologiat RATs (Radio Access Technologies), kuten LTE ja uudet
5G-teknologiat tulevat olemaan osa tulevaisuuden joustavia ja dynaamisia 5G-järjestel-
miä. Uudet teknologiat tulevat olemaan pieniviiveisiä ja tarve ylimääräiselle kapasitee-
tille vaatii kommunikoinnin operoivan korkeammilla taajuusalueilla kuin aikaisemmin.
5G-järjestelmän täytyy kyetä tarjoamaan monenlaisia langattomia palveluja erilaisiin
käyttötapauksiin, joten järjestelmän täytyy perustua joustavaan radioverkkoratkaisuun,
joka voi adaptoida eri vaatimuksia ja kehitystarpeita. Myös lisätaajuuksia tarvitaan, jotta
pystytään täyttämään tulevien palvelujen vaatimukset (Ericsson. 5G radio access).
3.1 Radioyhteysverkko
Radioyhteysverkko pysyy langattoman tiedonsiirron keskeisenä osana, mutta silti tule-
vina vuosina on odotettavissa suuria muutoksia. Uusi 5G-radio yhdistää nykyistä ja uutta
teknologiaa täydentäen LTE:tä. 5G sisältää olemassa olevia järjestelmiä kuten LTE-Ad-
vanced ja Wi-Fi, yhdistettyinä uusien mullistavien teknologioiden kanssa näin mahdol-
listaen erittäin tiheän verkon, konemaisen kommunikoinnin, erittäin luotettavan tiedon-
14
siirron ja minimaalisen latenssin. On tärkeää pitää uusien ilmarajapintojen lukumäärä mi-
nimissä, jotta voidaan varmistaa uusien radioteknologioiden toimivan täydellisesti keske-
nään, sekä vanhojen olemassa olevien teknologioiden kanssa.
Jotta kyetään vastaamaan nopeasti kasvavaan suorituskykyyn ja erittäin alhaiseen latens-
siin, vaaditaan tiheän verkon lisäksi lisää taajuuksia. Kuitenkaan ei ole taloudellisesti kan-
nattavaa rakentaa kaikkialla tiheää verkkoa pienellä latenssilla ja suurilla gigabittien no-
peuksilla, koska näitä ominaisuuksia tarvitaan vain osassa tapauksissa.
MIMO-antennitekniikka käyttäen voidaan hyödyntää uusia kaistoja senttimetrin aallon-
ja millimetrin aallonpituuksien alueella. Uudet sovellukset tarvitsevat millisekunnin tai
pienemmän latenssin, joten tarvitaan laskentatehoa lähellä käyttäjää. Tämä muuttaa mak-
roasemat pieniksi datakeskuksiksi.
Vaikka laskentaresurssit ovat lähellä radiota, hallinta- ja koordinointitoiminnot sijaitsevat
enemmän keskitetysti varmistaen saumattoman integroinnin WAN-verkon kanssa (No-
kia. Network architecture for the 5G era).
3.2 5G:n keskeisimmät kehitysalueet
Verkon kapasiteetin nopean kasvun ja tarvittavan kattavuuden vuoksi tarvitaan lisää ra-
diotaajuuksia. Uudet taajuudet täytyy varata ja ottaa käyttöön nopeasti, koska ilman riit-
täviä taajuuksia laajakaistan ulottumissa asuvat ihmiset jäävät ilman tulevaisuuden pal-
veluja. Lisäksi saatavilla olevia taajuuksia täytyy käyttää tehokkaammin. Lisensoimatto-
mat kaistat kuten 5 GHz, tai tulevaisuudessa 60 GHz, tarjoavat lisää vaihtoehtoja datalii-
kenteen käytössä parhaan priorisoinnin liikenteessä tai vähemmän kriittisissä sovelluk-
sissa.
Tähän mennessä matkaviestintä on keskittynyt alle 6 GHz taajuuksiin, ja jotta pystytään
vastaamaan 2020—2030 aikavälin vaatimuksiin, tarvitaan yli 10 GHz ja mahdollisesti
100 GHz asti yltäviä taajuuksia.
15
5G-verkossa on tarkoitus käyttää entistä enemmän tukiasemia sijoitettuna heterogeeni-
seen verkkoon (HetNet) yhdistäen makroasemia pienempien tukiasemien kanssa käyttäen
erilaisia radioteknologioita. Näihin radioteknologioihin kuuluvut LTE, WI-FI ja tulevat
5G-teknologiat, jotka integroituvat joustavasti eri tilanteissa. Heterogeeniselle verkolla
tulee olemaan laaja valikoima suorituskykyvaatimuksia, mikä tekee itsetietoisista ver-
koista välttämättömiä.
5G-verkossa on tarkoituksena tuoda tukiasemat lähemmäksi käyttäjää pienempien solu-
jen avulla ja antaa enemmän radioresursseja aktiivisen käyttäjän ulottuville. Tämä myös
vähentää huomattavasti radiosignaalin kiertoaikaa RTT (Round-Trip-Time) mahdollis-
taen alhaisemman latenssin ja parantaa yleistä verkon suorituskykyä luomalla aliverk-
koja, jotka käsittelevät osan liikenteestä paikallisesti.
Ohjelmistot tulevat ohjaamaan 5G-verkkoja. Tämän seurauksena 5G tulee olemaan voi-
makkaasti riippuvainen uusista nousevista teknologioista, kuten SDN (Software Defined
Networking), NFV (Network Functions Virtualization), MEC (Mobile Edge Computing)
ja FC (Fog Computing), joiden avulla voidaan saavuttavaa 5G-teknologian vaatima suo-
rituskyky, skaalautuvuus sekä ketteryys (5GGP. 5G Vision).
3.3 Verkon suorituskyky
5G-verkossa suorituskyvyn mittaukset tulevat entistä tärkeämmäksi, koska suurimäärä
erilaisia sovelluksia ja käyttötapauksia tarvitsevat jokaiseen tapaukseen räätälöidyn tek-
nologisen ratkaisun, jotta yksittäiset matkaviestintäjärjestelmän rajoitukset eivät rajoita
yleistä teknologian kehitystä.
Verkon suorituskyvystä on tarkoitus saada paras mahdollinen kehittämällä nykyisiä ra-
dioyhteysteknologioita ja rakentamalla uusia langattomia 5G-yhteysteknologioita. Esi-
merkiksi latenssin on pienennyttävä samassa suhteessa nousevien datanopeuksien kanssa.
5G-järjestelmän tiedonsiirron huippunopeus tulee olemaan korkeampi kuin 10 Gb/s,
mutta vielä tärkeämpää on että solun reuna alueella tiedonsiirtonopeus on 95 % käyttäjistä
16
100 Mb/s. Tämä mahdollistaa mobiililaajakaistan luotettavana korvaajana kaapeliyhteyk-
sille.
Kuva 3. 5G-verkon suorituskyvyn vaatimukset (Nokia, 5G use cases and requirements)
Vielä tärkeämpää kuin pelkkä tiedonsiirron huippunopeus tai spektrinen tehokkuus tulee
olemaan 5G-järjestelmän tuki eri vaatimuksille. Vaatimuksia ovat osan laitteista vaatimat
suuret latausmäärät, erittäin suuri määrä antureita, jotka lähettäen pieniä datapaketteja
sekä etäohjatut robotti sovellukset. Robotti sovellukset tarvitsevat pienen viiveen ohjausta
varten ja korkean lataus kapasiteetin UHD-videokuvaa varten (Nokia. Looking ahead to
5G).
17
4 QUALIPOC ANDROID-MITTALAITE
QualiPoc Android on älypuhelin-pohjainen työkalu mobiiliverkon testaamiseen. Quali-
Poc perustuu uusimpiin Android-älypuhelimiin ja tässä työssä käsiteltävä mittalaite on
Samsung Qalaxy S5-älypuhelin, johon QualiPoc-ohjelmisto on asennettu.
QualiPoc tukee kaikkia mobiiliverkkoteknologioita, joita käytetään maailmanlaajuisesti
ja se kattaa useammat protokollakerrokset, kuten IP-pinon reaaliajassa. QualiPoc tarjoaa
laajan joukon testejä, kuten puhelu-, äänenlaatu-, data-, videon suoratoisto- ja laatutestit.
QualiPoc tarjoaa myös kanavan ja solun lukituksen, sekä RF-optimointia langattomien
verkkojen laadun ja kattavuuden valvontaan.
QualiPoc Android-laitteessa on muokattava käyttöliittymä, joka tukee useita standardeja
ja konfiguroitavia monitoreja, sekä kaavioita, joita voidaan valita esittämään mittauksia,
erilaisia parametreja ja testituloksia reaaliajassa. Käyttöliittymä sisältää laiteinformaa-
tiota, suorituskykyilmaisimia ja yli 300 eri parametria. Lisäksi QualiPoc tallentaa mit-
taustiedostot, jotka voidaan toistaa uudestaan laitteella tai siirtää tietokoneelle SwissQual
ohjelmistolle analysointia varten (SwissQual. QualiPoc Android).
Kuva 4. QualiPoc Android-mittalaite
18
4.1 Diversity Optimizer-ohjelmisto
Diversity Optimizer on usean teknologian työkalu mobiiliverkon optimointiin ja palvelu-
jen laadun (QoS)-testaukseen. Se on siirrettävä, kevyt ja tietokone-pohjainen testaus työ-
kalu, joka yhdistää erilaiset Android-älypuhelimet, datalaitteet, skannerit ja GPS -laitteet
tietokoneeseen. Diversity Optimizer-ohjelmistoon voidaan myös yhdistää ja käyttää Qua-
liPoc Android-puhelimia testilaitteina. Ulkoiset laitteet voidaan kytkeä standardi PC-lii-
tännöiden kautta, kuten USB, PCle ja Ethernetin kautta.
Diversity Optimizer työkalulla voidaan suorittaa laaja joukko erilaisia verkon optimointi
tehtäviä, kuten verkon kattavuus, laatu ja kapasiteetti analysointi. Optimointiin kuuluu
myös edistyneitä RF-skannausvaihtoehtoja, kuten LTE MIMO ja alikaistojen analysointi.
Lisäksi testilaitteelle voidaan tehdä reaaliaikainen teknologian pakotus (SwissQual. Di-
versity Optimizer).
4.1.1 NetQual NQView-käyttöliittymä
NQView on Diversity Optimizer-ohjelmiston graafinen käyttöliittymä, joka tarjoaa jous-
tavan ja täysin muunneltavan graafisen käyttöliittymän datan analysointiin, testien konfi-
gurointiin ja reaaliaikaiseen monitorointiin. NQView-käyttöliittymän avulla voidaan
luoda mittausten pohjalta yksilöllisiä työtiloja ja kustomoitavia monitoreja. Nopeata
käynnistystä varten NQView tarjoaa ennalta määriteltyjä monitoreja, jotka näyttävät no-
pealla silmäyksellä tiedot mittauksien radio-olosuhteista tai kattavan yhteenvedon käyn-
nissä olevista mittauksista. Käyttöliittymässä voi kerralla olla kolme eri konsolia konfi-
gurointia, monitorointia ja optimointi sekä suorituskykytestausta varten. NQView sisältää
enemmän kuin 900 eri kustomoitavaa arvoa, joita voidaan esittää monitoreissa, kartalla,
taulukossa tai erilaisissa kaavioissa. Käyttöliittymä sisältää, myös yli 70 ennalta määri-
teltyä monitoria tiettyyn laitteeseen, teknologiaan tai palvelutesteihin. NQView tukee
OpenStreetMap- ja MapX-karttoja, joten käyttäjä voi seurata mittauksia kartalla reaa-
liajassa tai jälkikäteen mittausten analysoinnissa (SwissQual. NQView).
19
Kuva 5. NQView-käyttöliittymä
NQView-käyttöliittymästä löytyy suorituskykytesti-monitori puhelimille, datalaitteille,
PSTN/ISDN-kanaville, LAN-adaptereille ja RF-skannereille. Monitori tarjoaa yleisku-
van kaikista laitteista ja myös testituloksista.
NQView osaa toistaa kaikki mittaustiedostot, joten kun käyttäjä toistaa mittaustiedostoa,
hän voi samalla luoda uusia monitoreja ja näkymiä perusteellista analyysia varten. Tie-
dostojen toistomoodi tukee useiden tiedostojen latausta Diversity-ohjelmistosta tai Qua-
liPoc-laitteesta. Tiedostojen toistossa voidaan säätää nopeusasetuksia ja edetä askel taak-
sepäin tai eteenpäin. Tiedostoa toistaessa voidaan myös etsiä mittauksista eri funktioita
ajan, tapahtumien sekä verkkokerroksen viestien ja KPI haun avulla.
4.2 Asetukset
QualiPoc Androidia voidaan helposti konfiguroida monipuolisten asetusten avulla. Ase-
tuksista löytyy: Kartta-asetukset, BTS-informaatio, verkkokerros, IP-monitori, työtilan
20
kustomointi, ilmoitukset, teknologian pakotus, yksikkömuunnokset, edistykselliset ana-
lysointi asetukset, ulkoasu, asetusten tuonti / vienti ulkoiselle tiedostolle ja QualiPoc päi-
vitys asetukset.
4.3 Monitorit
QualiPoc Android-älypuhelimen avulla voidaan hallita ja valvoa testejä erilaisilla moni-
toreilla. Oletusasetuksilla QualiPoc-laitteen työtila sisältää useita teknologia-, kartta- ja
testitulos-monitoreita. Käyttäjä voi muokata omia työtiloja eri monitoreilla ja asetuksilla
sekä tallentaa omat työtilat. Kuvista (kuva 6 ja kuva 7) nähdään QualiPoc Android-lait-
teen kaikki monitorit ja monitorien kuvaukset.
Kuva 6. QualiPoc Android monitorit (SwissQual, QualiPoc Android Manual)
21
Kuva 7. QualiPoc Android monitorit (SwissQual, QualiPoc Android Manual)
4.3.1 Status ja loki
Monitori näyttää yleistä tietoa QualiPoc Android-laitteen nykyisestä tilasta ja aktiivisista
testeistä. Status-monitori näyttää tietoa käytössä olevasta verkosta, GPS-sijainnista ja tes-
tien tuloksista. Loki-monitori listaa toiminnot, jotka ovat aktiivisia testejä suorittaessa.
Kuva 8. Status ja loki-monitori
22
4.3.2 Data
QualiPoc esittää automaattisesti data-monitorissa valittuun teknologiaan liittyvää infor-
maatiota. Kuvassa (kuva 9) nähdään LTE DL-data monitori ja monitorista nähdään mm.
PDSCH-kanavan hetkellinen siirtonopeus, suunniteltu siirtonopeus, BLER eli virheellis-
ten vastaanotettujen resurssilohkojen määrä ja keskimääräinen siirtolohkojen (TB) koko.
LTE UL-monitorista nähdään vastaavia tietoja, kuten PUSCH-kanavan hetkellinen siir-
tonopeus, suunniteltu siirtonopeus ja keskimääräinen siirtolohkojen koko.
Kuva 9. Data-monitorit
23
4.3.3 Palveleva solu
Monitorissa nähdään palvelevan solun tiedot ja RF-parametreja, kuten vastaanotetun sig-
naalin voimakkuus, signaalin laatu, antennien määrä, kaistanleveys, solun pienin vaadittu
signaalin vastaanottotaso, maksimi lähetysteho, häiriöt ja solun valinta vastaanottotaso.
Kuva 10. Palveleva solu-monitori
24
4.3.4 Solut ja kattavuus
Monitori näyttää naapurisolut ja niihin liittyviä RF-parametreja. Näiden tietojen avulla
voidaan seurata solun uudelleen valintaa ja kanavanvaihtoja. Monitorista nähdään myös
palvelevan solun ja naapurisolujen signaalitasot. Signaalitasot voidaan esittää myös vii-
vakaavion avulla, jossa naapurisolun tiedot näytetään ohuilla viivoilla ja palvelevan solun
tiedot paksummilla viivoilla, kuten kuvasta (kuva 11) nähdään.
Kuva 11. Solut ja kattavuus-monitori
25
4.3.5 Kartat
Kartta-monitoria voidaan käyttää Google Maps- tai OpenStreet-kartoilla. Kartta-asetuk-
sista valitaan Map Engine-valikosta joko Google tai OpenStreet. Satelliittitila on vain
Googlen kartoissa käytössä ja offline-kartat ovat vain OpenStreet-kartoissa.
Karttaa voidaan käyttää myös sisätiloissa valitsemalla kuvatiedosto, joko JPEG- tai PNG-
formaatissa, jota käytetään pohjapiirustuksena sisätilanavigoinnissa. QualiPoc linkittää
merkityn sijainnin, jolloin voidaan luoda yksinkertainen reitti. Oletuksena sisätilanavi-
goinnin sijainnin väri kuvaa signaalin voimakkuutta.
Ulkotilakartta-monitorissa voidaan seurata mittausreittiä testien aikana. Ajotestissä mo-
nitori näyttää kartalla nykyisen sijainnin, reitin ja vastaanotetun signaalin voimakkuuden,
jota jäljitetään testin aikana. Monitorilla voidaan näyttää tukiasemat ja myös tukiasema,
johon laite on yhteydessä. Jotta tukiasemat saadaan näkymään kartalla, käyttäjän täytyy
ladata laitteeseen tukiasema (BTS) tiedosto.
Kuva 12. Kartta-monitori
26
4.3.6 IP-monitori
IP-monitori esittää otsikkotietoja HTTP, FTP, TCP, DNS ja ICMP-paketeista. Monitorin
asetuksista voidaan poistaa haluttuja protokollia listasta. Monitorin tekstin suodattimella
voidaan määrittää, mitä näytössä nähdään.
Kuva 13. IP-monitori
4.3.7 Testit ja tapahtumat
Testit ja tapahtumat-monitori esittää testien tulokset KPI (Key Performance Indicator)
muodossa. KPI on testiriippuvainen eli eri testien tulokset esiintyvät eri muodoissa. Ti-
lastot esittävät onnistuneiden testien määrän ja myös keskimääräisen, pienimmän ja suu-
rimman KPI-tuloksen. Tapahtuma-monitori luettelee kaikki tärkeimmät tapahtumat, joita
QualiPoc jäljittää testien aikana.
27
4.4 4G-verkon mittaukset
QualiPoc Android-älypuhelimella suoritettiin 4G-verkon kuuluvuusmittauksia ja lataus-
nopeusmittauksia Soneran, DNA:n ja Elisan verkoissa. Kuuluvuusmittaukset suoritettiin
ajamalla autolla Tampereen ammattikorkeakoululta Muroleen kanavalle. Reitin varrella
käytiin Sorilassa ja Kämmenniemessä pienemmillä kaduilla. Latausnopeusmittauksia
suoritettiin reitin varrella Sorilassa, Kämmenniemessä ja Terälahdessa. Työssä käsitel-
lään muutama esimerkki kuuluvuus- ja latausmittauksista reitin varrelta.
4.4.1 Mittausparametrit
Tässä osiossa käydään läpi LTE-verkon kuuluvuus- ja latausnopeusmittauksissa esiinty-
viä parametreja.
RSRP – on resurssielementtien (RE) keskimäärinen teho, jotka kuljettavat tietyn
solun referenssisignaaleja koko kaistanleveydellä.
RSSI – on vastaanotetun signaalin kokonaisteho kaikista lähteistä (kaikkien re-
surssielementtien teho). RSSI sisältää myös tehon palvelevasta solusta, viereiseltä
kanavalta ja häiriötä.
RSRQ – on vastaanotetun signaalin laatu. Signaalin laadun mittaus ja laskenta
perustuu parametreihin RSRP ja RSSI (kaava 1).
SINR – on signaalin ja häiriön sekä kohinan suhde (kaava 2). SINR kaavassa P on
signaalin teho, I on muiden häiritsevien signaalien teho ja N on kohinatermi.
𝑅𝑆𝑅𝑄 = 𝑁𝑅𝑆𝑅𝑃
𝑅𝑆𝑆𝐼 (1)
𝑆𝐼𝑁𝑅 = 𝑃
𝐼 + 𝑁 (2)
.
28
4.4.2 Kuuluvuusmittaukset
Kuvaajassa (kuvaaja 1) on Elisan, Soneran ja DNA:n LTE-verkoissa suoritetut kuulu-
vuusmittaukset. Kuvaajassa mittausdata on kerätty 60 minuutin aikaväliltä, jotta kaikkien
operaattorien mittausdata on saatu samalle kuvaajalle muodostettua. Kuvajaan mittaus-
data on kerätty autolla ajaen Tampereen ammattikorkeakoululta Kämmenniemeen.
Liitteissä näkyy vielä kaikkein operaattorien kuvaajat koko matkalta. Kuvaajassa nähdään
vastaanotetun signaalin voimakkuus (RSRP) ja myös signaalin laatu (RSRQ). Signaalin
laatu on hyvä jos RSRQ > -12dB. Signaalin laatu vaihteli operaattoreilla Elisa -6 dB – -
13,8 dB, Soneralla -6,2 dB – -15,8 dB ja DNA:n verkossa -5,8 dB – - 12,7 dB. RSRP
raportoidaan alkaen -44 dBm ja -140 dBm asti. Signaalin voimakkuus on hyvä jos RSRP
> -104dBm ja tyypillinen vaihteluväli matkaviestinverkoissa on -60 dBm – - 120 dBm.
Signaalitasojen vaihtelut mittausten aikana olivat Elisalla -64,2 dBm – - 118,3 dBm,
Soneralla -66,8 dBm – - 119 dBm ja DNA:n verkossa -65,5 dBm – - 123,6 dBm.
Kuvaaja 1. LTE-verkon kuuluvuus
-140
-120
-100
-80
-60
-40
-20
0
0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 51 54 57 60
Aika (min)
Kuuluvuus
Elisa (RSRP) dBm
Elisa (RSRQ) dB
Sonera (RSRP) dBm
Sonera (RSRQ) dB
Dna (RSRP) dBm
Dna (RSRQ) dB
29
Eri operaattorien verkoista kerätystä datasta muodostettiin myös SINR-kuvaajat. SINR-
kuvaajat on muodostettu koko matkalta Tampereen Ammattikorkeakoululta Muroleen
kanavalle asti. SINR kuvaa signaalin suhdetta häiriöön ja kohinaan. Mitä suurempi SINR-
arvo on niin sitä parempi signaali ja signaalien maksimi arvo mittauksissa oli 30 dB.
SINR > 5dB on hyvä arvo ja SINR < 5dB on huono arvo. Kuvaajasta (kuvaaja 2) nähdään
että SINR Rx0 huonoin arvo on -16 dB ja SINR Rx1 huonoin arvo on -18,2 dB.
Kuvaaja 2. Sonera SINR
-20
-10
0
10
20
30
40
09
:14
:55
.64
50
9:1
9:3
6.0
02
09
:24
:16
.20
70
9:2
8:5
5.1
29
09
:33
:32
.67
50
9:3
8:1
3.8
95
09
:42
:54
.03
20
9:4
7:3
4.4
33
09
:52
:14
.60
10
9:5
6:5
1.7
74
10
:01
:31
.54
61
0:0
6:1
1.8
54
10
:10
:44
.44
61
0:1
5:2
1.0
05
10
:20
:01
.35
31
0:2
4:4
1.6
88
10
:29
:22
.02
01
0:3
4:0
3.1
12
10
:38
:43
.58
21
0:4
3:2
3.9
04
10
:48
:00
.86
21
0:5
2:3
9.2
95
dB
Sonera SINR
SINR_Rx0
SINR_Rx1
30
Kuvaajassa (kuvaaja 3) nähdään Elisan verkossa mitattu SINR-arvot. Kuvaajasta nähdään
että SINR Rx0 huonoin arvo on -16,9 dB ja SINR Rx1 huonoin arvo on -14,9 dB.
Kuvaaja 3. Elisa SINR
-20
-10
0
10
20
30
400
9:2
2:0
9.1
50
09
:26
:41
.67
4
09
:31
:24
.73
9
09
:36
:08
.77
2
09
:40
:40
.72
5
09
:45
:22
.58
1
09
:50
:05
.61
6
09
:54
:32
.46
2
09
:59
:05
.17
6
10
:03
:48
.06
6
10
:08
:32
.67
6
10
:13
:06
.78
2
10
:17
:50
.04
9
10
:22
:24
.66
0
10
:27
:09
.02
3
10
:31
:55
.11
0
10
:36
:40
.96
6
10
:41
:18
.53
3
10
:45
:55
.00
7
10
:50
:30
.33
6
10
:55
:03
.61
0
dB
Elisa SINR
SINR Rx0
SINR Rx1
31
Kuvaajassa (kuvaaja 4) nähdään DNA:n verkossa mitattu SINR-arvot. Kuvaajasta näh-
dään että SINR Rx0 huonoin arvo on -14,7 dB ja SINR Rx1 huonoin arvo on -15,8 dB.
Kuvaaja 4. DNA SINR
4.4.3 Latausnopeusmittaukset
Latausnopeusmittaukset suoritettiin Terälahden Sale-kaupan pihassa Elisan, Soneran ja
DNA:n verkoissa. Mittauksessa ladattiin testitiedosto 100 megatavua, joka ladattiin osoit-
teesta ftp://ftp.funet.fi/dev/100Mnull. Kuvaajassa (kuvaaja 5) nähdään Soneran verkossa
suoritettu latausmittaus. Soneran verkossa saatiin maksimi latausnopeudeksi 38,1 Mbps.
Latausnopeus vaihteli noin 30 – 40 Mbps välillä.
-20
-10
0
10
20
30
401
1:3
0:4
6.3
07
11
:34
:05
.31
2
11
:40
:31
.05
9
11
:44
:33
.96
3
11
:48
:06
.07
4
11
:51
:54
.07
7
11
:57
:33
.05
8
12
:01
:38
.82
1
12
:05
:29
.22
1
12
:09
:20
.90
2
12
:13
:26
.66
0
12
:17
:17
.56
3
12
:21
:23
.38
0
12
:25
:13
.13
7
12
:28
:34
.80
7
12
:30
:48
.98
7
12
:34
:18
.95
9
12
:37
:39
.97
1
12
:41
:42
.87
0
12
:45
:20
.87
3
12
:49
:25
.98
1
12
:53
:00
.27
2
dB
DNA SINR
SINR Rx0
SINR Rx1
32
Kuvaaja 5. Sonera latausnopeus
Kuvaajassa (kuvaaja 6) nähdään Elisan verkossa suoritettu latausnopeusmittaus. Maksimi
latausnopeudeksi saatiin 72,1 Mbps. Latausnopeus vaihteli noin 40 – 70 Mbps välillä.
Kuvaaja 6. Elisa latausnopeus
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
35000
40000
45000
11
:21
:34
.84
2
11
:21
:38
.43
6
11
:21
:41
.99
4
11
:21
:46
.85
5
11
:21
:49
.80
5
11
:21
:55
.79
0
11
:21
:59
.73
3
11
:22
:00
.82
9
11
:22
:01
.83
2
11
:22
:02
.86
6
11
:22
:03
.90
1
11
:22
:04
.94
0
11
:22
:05
.96
8
11
:22
:06
.99
9
11
:22
:08
.00
9
11
:22
:09
.02
9
11
:22
:10
.02
2
11
:22
:11
.03
5
11
:22
:12
.07
2
11
:22
:13
.06
5
11
:22
:14
.08
8
11
:22
:15
.13
5
11
:22
:16
.14
1
11
:22
:17
.15
3
11
:22
:18
.19
0
11
:22
:19
.21
7
11
:22
:20
.22
0
11
:22
:21
.24
9
11
:22
:22
.28
5
11
:22
:23
.30
8
11
:22
:24
.33
5
11
:22
:25
.35
3
kbp
s
Sonera Throughput
Sched PDSCH Throughput
PDSCH Throughput
0
10000
20000
30000
40000
50000
60000
70000
80000
kbp
s
Elisa Throughput
Sched PDSCH Throughput
PDSCH Throughput
33
Kuvaajassa (kuvaaja 7) nähdään DNA:n verkossa suoritettu latausnopeusmittaus. Mak-
simi latausnopeudeksi saatiin 71,5 Mbps. Latausnopeus vaihteli noin 60 – 70 Mbps vä-
lillä.
Kuvaaja 7. DNA latausnopeus
0
10000
20000
30000
40000
50000
60000
70000
800001
1:1
8:4
4.2
49
11
:18
:44
.82
7
11
:18
:45
.31
6
11
:18
:45
.81
5
11
:18
:46
.34
2
11
:18
:46
.85
5
11
:18
:47
.35
8
11
:18
:47
.87
0
11
:18
:48
.39
3
11
:18
:48
.89
9
11
:18
:49
.42
3
11
:18
:49
.93
4
11
:18
:50
.45
4
11
:18
:50
.95
8
11
:18
:51
.47
9
11
:18
:51
.98
4
11
:18
:52
.51
5
11
:18
:53
.01
0
11
:18
:53
.52
2
11
:18
:54
.03
5
11
:18
:54
.57
1
11
:18
:55
.06
0
11
:18
:55
.57
8
11
:18
:56
.09
5
11
:18
:56
.61
0
11
:18
:57
.14
7
11
:18
:57
.63
6
11
:18
:58
.15
4
kbp
s
DNA throughput
Sched PDSCH Throughput
PDSCH Throughput
34
5 POHDINTA
Mobiililaajakaistan yleistyminen ja uusien verkkoon kytkettävien sovellusten ja laitteiden
yleistyminen tulee johtaa suurempaan verkon kapasiteetin ja siirtonopeuksien tarpeeseen,
jolloin 4G-verkon kapasiteetti ei enää riitä. Koko maan kattavaa 4G-verkkoa ei ole yh-
delläkään operaattorilla, mutta 4G-verkot kattavat Suomen suurimmat kaupungit ja nii-
den väliset tieosuudet. 5G-teknologia on matkapuhelintekniikoiden seuraava kehitysaskel
ja tulee vastaamaan jatkuvasti kasvamaan tiedonsiirron määrään. 5G-teknologian täytyy
kyetä vastaamaan arviolta 1000-kertaa suurempaan tiedonsiirronmäärään. 5G-teknolo-
gian kaupallisen käyttöönoton odotetaan alkavan 2020-vuodesta eteenpäin. Työssä käsi-
telty 5G-teknologia on vielä kehitysvaiheessa ja työssä pohdittiin 5G-teknologian tule-
vaisuutta pitkälti Nokian ja Ericssonin näkemysten pohjalta.
QualiPoc Android-mittalaite ja tuloksien analysointiin tarkoitettu Diversity Optimizer-
ohjelmiston NQView-käyttöliittymä muodostavat erinomaisen kokonaisuuden 4G-verk-
kojen mittaukseen. Mittalaitteena toimi Samsung Galaxy S5-älypuhelin, johon ohjelmisto
oli asennettu. Laitteen suorituskyky oli hyvä, ja mittauksien aikana ei törmätty minkään-
laisiin ongelmiin laitteen kanssa. Laitteen akku kesti helposti koko mittauspäivän ajan.
Ohjelmisto toimi erinomaisesti, ja ohjelmistoa oppi käyttämään kohtalaisen nopeasti. Oh-
jelmistolla mittausdatan analysointi onnistui hyvin ja vaikka mittausdataa kertyi erittäin
paljon, erilaisilla monitoreilla ja valmiilla tai itse muokattaville näkymillä mittausdatan
käsittely oli selkeätä.
4G-verkon mittauksista kertyi suuri määrä dataa, josta työssä hyödynnettiin vain osa. Mit-
tausdatasta valittiin osat, joiden perusteella kyettiin luomaan jokaisen operaattorin ver-
kossa suoritetuista mittauksista kattavat kuvaajat ja vertailemaan eri operaattorien tulok-
sia keskenään. Tampereen ammattikorkeakoulu – Kämmenniemi välillä suoritetuista mit-
tauksista nähdään eroja operaattorien signaalien voimakkuudessa (RSRP), signaalin laa-
dussa (RSRQ), sekä signaalin suhteesta häiriöön ja kohinaan. Tulosten perusteella todet-
tiin, että DNA:lla oli paras signaalitaso ja Elisan signaalitasot olivat hyvin lähellä DNA:n
tuloksia. Soneran signaalintasot jäivät selvästi alhaisemmaksi. Signaalin laatu oli myös
DNA:lla paras. Elisan ja Soneran signaalin laadut olivat lähellä toisiaan, mutta kääntyivät
35
silti Elisan eduksi. Signaalin suhde kohinaan ja häiriöön (SINR) arvo oli DNA:lla kes-
kiarvolta 13 dB, Elisalla 12 dB ja Soneralla operaattoreista huonoin 9 dB. Vaikka
DNA:lla oli kuuluvuusmittauksissa paras signaalinvoimakkuus, signaalin laatu ja SINR
arvot, mittausdataa kertyi mitattavan reitin aikana huomattavasti vähemmän kuin muilla
operaattoreilla. Tästä voidaan päätellä, että DNA:n verkossa esiintyy huomattavasti
enemmän katveita kuin Soneralla ja Elisalla.
Latausmittauksissa Elisalla nopeus vaihteli välillä 40 – 70 Mbps ja keskiarvo oli 50 Mbps.
Soneralla nopeus vaihteli 30 – 40 Mbps välillä ja keskiarvo oli 28 Mbps. DNA:lla nopeus
vaihteli välillä 60 – 70 Mbps ja keskiarvo oli 60 Mbps. Latausmittauksista nähdään, että
DNA sai parhaimman tuloksen. DNA:lla oli keskiarvoltaan suurin latausnopeus ja myös-
kin tasaisin. Elisa pärjäsi toiseksi parhaiten, ja latausnopeus oli parhaimmillaan yhtä suuri
kuin DNA:lla, mutta nopeudessa oli suuria vaihteluja. Latausnopeuden suuren vaihtelun
vuoksi Elisan keskinopeus oli alhaisempi kuin DNA:lla. Sonera pärjäsi operaattoreista
huonoiten nopeuden ollessa vain keskiarvoltaan 28 Mbps. Soneran latausnopeus oli ta-
saisempi kuin Elisalla, mutta huomattavasti alhaisempi.
Työ onnistui ihan hyvin, vaikka haasteita tuotti työn laajuus ja 4G-verkon mittauksista
kertynyt erittäin suuri määrää mittausdataa. Mittauksissa saatiin tietoa 4G-verkon mit-
tausparametreista ja ominaisuuksista. Työn aikana opittiin käyttämään QualiPoc
Android-mittalaitetta ja analysoimaan tuloksia Diversity Optimizer-ohjelmistolla.
Työssä käsiteltiin vain 4G-verkon mittauksia, joten erilaisia mittauksia on mahdollista
tehdä laitteella runsaasti. Kehitysehdotuksena Tampereen ammattikorkeakoulu voisi vas-
taavasti mitata 3G-verkkoja tai tehdä audio- sekä videon laatumittauksia.
36
LÄHTEET
3GPP. LTE. Luettu 5.9.2015.
http://www.3gpp.org/technologies/keywords-acronyms/98-lte
ITU. ITU towards “IMT for 2020 and beyond”. Luettu 26.10.2015.
http://www.itu.int/en/ITU-R/study-groups/rsg5/rwp5d/imt-2020/Pages/default.aspx
LTE Network Architecture. Luettu 21.9.2015.
http://www.tutorialspoint.com/lte/lte_network_architecture.htm
Alcatel Lucent. The LTE Network Architecture. Luettu 21.9.2015
ERICCSON. 5G RADIO ACCES. 2015. Luettu 12.10.2015
Nokia. FutureWorks looking ahead to 5G. Luettu 19.10.2015
ROHDE&SCHWARZ. SwissQual QualiPoc Android. Luettu 2.11.2015.
https://www.rohde-schwarz.com/en/product/qualipoc_android-productstartpage_63493-
55430.html
SwissQual. QualiPoc Android. Luettu 5.10.2015.
http://www.swissqual.com/en/products/optimization2/qualipoc-android/
SwissQual. NQView. Luettu 5.10.2015.
http://www.swissqual.com/en/products/data-management-analysis-and-reporting-
netqual/nqview/
Christopher Cox. 2014. AN INTRODUCTION TO LTE. Toinen painos. Luettu
12.10.2015.
5GPPP. 5G Vision Brochure. Luettu 4.11.2015
37
LIITTEET
Liite 1. RSRP-kuvaajat TAMK – Murole reitiltä
-140
-130
-120
-110
-100
-90
-80
-70
-60
-50
-40
09
:14
:55
.64
50
9:1
8:0
8.9
65
09
:21
:21
.98
70
9:2
4:3
5.4
06
09
:27
:47
.28
90
9:3
1:0
0.6
04
09
:34
:11
.40
70
9:3
7:2
5.1
96
09
:40
:38
.44
20
9:4
3:5
1.7
45
09
:47
:05
.03
90
9:5
0:1
8.3
07
09
:53
:29
.67
40
9:5
6:4
1.0
26
09
:59
:54
.94
91
0:0
3:0
7.4
18
10
:06
:20
.78
51
0:0
9:3
0.7
56
10
:12
:39
.64
91
0:1
5:4
9.3
12
10
:19
:02
.29
21
0:2
2:1
5.8
69
10
:25
:29
.00
91
0:2
8:4
2.2
50
10
:31
:55
.51
11
0:3
5:0
9.8
28
10
:38
:23
.10
41
0:4
1:3
6.3
85
10
:44
:49
.51
61
0:4
7:5
9.5
69
10
:51
:12
.90
31
0:5
4:2
2.9
79
dBm
Sonera RSRP
-140
-130
-120
-110
-100
-90
-80
-70
-60
-50
-40
09
:22
:09
.15
00
9:2
5:0
4.9
88
09
:28
:08
.77
50
9:3
1:1
6.4
31
09
:34
:22
.66
80
9:3
7:2
3.6
15
09
:40
:24
.07
50
9:4
3:3
0.0
11
09
:46
:34
.17
80
9:4
9:4
0.6
50
09
:52
:34
.14
20
9:5
5:3
4.4
95
09
:58
:32
.29
31
0:0
1:3
6.8
63
10
:04
:44
.24
71
0:0
7:5
1.1
21
10
:10
:56
.69
51
0:1
3:5
4.5
87
10
:17
:00
.13
41
0:1
9:5
7.8
37
10
:23
:03
.05
31
0:2
6:0
9.9
68
10
:29
:16
.78
31
0:3
2:2
6.4
55
10
:35
:34
.41
31
0:3
8:4
0.6
48
10
:41
:39
.67
21
0:4
4:4
1.5
24
10
:47
:45
.20
41
0:5
0:4
5.0
57
10
:53
:49
.72
51
1:0
0:0
5.6
21
dBm
Elisa RSRP
38
-140
-120
-100
-80
-60
-40
-20
0
11
:30
:46
.30
71
1:3
2:5
6.2
07
11
:35
:37
.29
51
1:4
0:4
4.4
77
11
:43
:33
.58
51
1:4
6:0
2.1
03
11
:48
:34
.54
11
1:5
1:0
8.1
48
11
:53
:55
.81
61
1:5
8:1
9.0
44
12
:01
:07
.97
91
2:0
3:4
1.5
64
12
:06
:30
.65
71
2:0
9:0
5.5
53
12
:11
:54
.50
11
2:1
4:4
3.4
29
12
:17
:17
.56
31
2:2
0:0
6.3
81
12
:22
:55
.48
01
2:2
5:2
9.0
89
12
:28
:02
.62
51
2:2
9:2
2.0
88
12
:31
:19
.78
21
2:3
3:4
7.0
00
12
:35
:36
.70
41
2:3
8:2
6.0
38
12
:41
:14
.57
81
2:4
3:3
3.2
91
12
:46
:22
.30
61
2:4
9:1
0.7
49
12
:51
:59
.57
01
2:5
4:0
2.9
91
dBm
DNA RSRP
39
Liite 2. RSRQ-kuvaajat TAMK – Murole reitiltä
-30
-25
-20
-15
-10
-5
0
09
:14
:55
.64
50
9:1
8:0
2.6
07
09
:21
:09
.48
40
9:2
4:1
6.2
07
09
:27
:21
.59
20
9:3
0:2
8.6
28
09
:33
:32
.67
50
9:3
6:4
0.2
09
09
:39
:47
.13
60
9:4
2:5
4.0
32
09
:46
:01
.03
20
9:4
9:0
7.7
69
09
:52
:14
.60
10
9:5
5:1
7.6
61
09
:58
:25
.23
41
0:0
1:3
1.5
46
10
:04
:38
.29
61
0:0
7:4
5.3
64
10
:10
:44
.44
61
0:1
3:4
7.3
99
10
:16
:54
.36
61
0:2
0:0
1.3
53
10
:23
:07
.98
01
0:2
6:1
4.9
26
10
:29
:22
.02
01
0:3
2:2
8.9
02
10
:35
:36
.57
21
0:3
8:4
3.5
82
10
:41
:50
.46
41
0:4
4:5
7.3
02
10
:48
:00
.86
21
0:5
1:0
7.7
57
10
:54
:11
.37
9
dB
Sonera RSRQ
-30
-25
-20
-15
-10
-5
0
09
:22
:09
.15
00
9:2
4:5
9.7
44
09
:27
:57
.39
80
9:3
0:5
8.9
61
09
:33
:59
.62
70
9:3
6:5
8.6
27
09
:39
:50
.75
20
9:4
2:4
9.5
74
09
:45
:49
.47
20
9:4
8:4
8.8
14
09
:51
:40
.83
90
9:5
4:3
3.6
18
09
:57
:24
.32
41
0:0
0:2
3.1
69
10
:03
:23
.74
31
0:0
6:2
5.7
02
10
:09
:26
.32
91
0:1
2:1
8.2
23
10
:15
:17
.14
31
0:1
8:1
8.0
82
10
:21
:08
.93
91
0:2
4:0
8.9
65
10
:27
:11
.57
41
0:3
0:1
2.7
05
10
:33
:15
.74
01
0:3
6:1
7.9
28
10
:39
:18
.38
31
0:4
2:1
1.8
18
10
:45
:07
.57
51
0:4
8:0
5.6
76
10
:50
:59
.77
11
0:5
3:5
6.8
01
11
:00
:08
.80
9dB
Elisa RSRQ
40
-30
-25
-20
-15
-10
-5
0
11
:30
:46
.30
71
1:3
2:4
9.7
86
11
:35
:09
.29
61
1:3
7:4
2.8
97
11
:42
:37
.26
91
1:4
4:5
1.6
96
11
:47
:25
.25
61
1:4
9:2
9.5
89
11
:52
:04
.45
91
1:5
6:1
2.4
25
11
:58
:47
.23
51
2:0
1:2
2.1
90
12
:03
:41
.56
41
2:0
6:1
6.5
27
12
:08
:37
.39
21
2:1
1:1
2.2
68
12
:13
:47
.14
81
2:1
6:0
7.9
39
12
:18
:42
.03
21
2:2
1:1
6.9
31
12
:23
:37
.49
71
2:2
5:5
5.9
63
12
:28
:19
.24
91
2:2
9:2
7.8
84
12
:31
:19
.78
21
2:3
3:3
2.9
16
12
:35
:20
.90
41
2:3
7:4
3.8
01
12
:40
:18
.30
01
2:4
2:2
9.2
83
12
:44
:57
.83
41
2:4
7:3
2.7
09
12
:50
:07
.03
31
2:5
2:2
6.0
29
12
:54
:30
.40
3
dB
DNA RSRQ
41
Liite 3. RSSI-kuvaajat TAMK – Murole reitiltä
-100
-90
-80
-70
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
09
:14
:55
.64
50
9:1
8:0
8.9
65
09
:21
:21
.98
70
9:2
4:3
5.4
06
09
:27
:47
.28
90
9:3
1:0
0.6
04
09
:34
:11
.40
70
9:3
7:2
5.1
96
09
:40
:38
.44
20
9:4
3:5
1.7
45
09
:47
:05
.03
90
9:5
0:1
8.3
07
09
:53
:29
.67
40
9:5
6:4
1.0
26
09
:59
:54
.94
91
0:0
3:0
7.4
18
10
:06
:20
.78
51
0:0
9:3
0.7
56
10
:12
:39
.64
91
0:1
5:4
9.3
12
10
:19
:02
.29
21
0:2
2:1
5.8
69
10
:25
:29
.00
91
0:2
8:4
2.2
50
10
:31
:55
.51
11
0:3
5:0
9.8
28
10
:38
:23
.10
41
0:4
1:3
6.3
85
10
:44
:49
.51
61
0:4
7:5
9.5
69
10
:51
:12
.90
31
0:5
4:2
2.9
79
dBm
Sonera RSSI
-100
-90
-80
-70
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
09
:22
:09
.15
00
9:2
5:0
4.9
88
09
:28
:08
.77
50
9:3
1:1
6.4
31
09
:34
:22
.66
80
9:3
7:2
3.6
15
09
:40
:24
.07
50
9:4
3:3
0.0
11
09
:46
:34
.17
80
9:4
9:4
0.6
50
09
:52
:34
.14
20
9:5
5:3
4.4
95
09
:58
:32
.29
31
0:0
1:3
6.8
63
10
:04
:44
.24
71
0:0
7:5
1.1
21
10
:10
:56
.69
51
0:1
3:5
4.5
87
10
:17
:00
.13
41
0:1
9:5
7.8
37
10
:23
:03
.05
31
0:2
6:0
9.9
68
10
:29
:16
.78
31
0:3
2:2
6.4
55
10
:35
:34
.41
31
0:3
8:4
0.6
48
10
:41
:39
.67
21
0:4
4:4
1.5
24
10
:47
:45
.20
41
0:5
0:4
5.0
57
10
:53
:49
.72
51
1:0
0:0
5.6
21
dBm
Elisa RSSI
42
-100
-90
-80
-70
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
11
:30
:46
.30
71
1:3
2:5
6.2
07
11
:35
:37
.29
51
1:4
0:4
4.4
77
11
:43
:33
.58
51
1:4
6:0
2.1
03
11
:48
:34
.54
11
1:5
1:0
8.1
48
11
:53
:55
.81
61
1:5
8:1
9.0
44
12
:01
:07
.97
91
2:0
3:4
1.5
64
12
:06
:30
.65
71
2:0
9:0
5.5
53
12
:11
:54
.50
11
2:1
4:4
3.4
29
12
:17
:17
.56
31
2:2
0:0
6.3
81
12
:22
:55
.48
01
2:2
5:2
9.0
89
12
:28
:02
.62
51
2:2
9:2
2.0
88
12
:31
:19
.78
21
2:3
3:4
7.0
00
12
:35
:36
.70
41
2:3
8:2
6.0
38
12
:41
:14
.57
81
2:4
3:3
3.2
91
12
:46
:22
.30
61
2:4
9:1
0.7
49
12
:51
:59
.57
01
2:5
4:0
2.9
91
dBm
DNA RSSI