4. DATOVÉ PŘENOSY GPRS-EDGE a UMTS-TDD HSDPA

Transkript

1 Cíl měření: 4. DATOVÉ PŘENOSY GPRS-EDGE a UMTS-TDD HSDPA 1) Seznamte se s paketově orientovaným přenosem dat GPRS-EDGE v GSM síti T-Mobile. 2) Seznamte se s nastavením připojení PC k mobilnímu telefonu a s připojením telefonu do sítě internet. 3) Změřte přenosovou rychlost downloadu/uploadu a dobu odezvy při použití mobilního telefonu Nokia 6230, zhodnoťte počet timeslotů a kódovací schémata použitá k přenosu v závislosti na podmínkách mezi základnovou stanicí a mobilním telefonem. 4) Seznamte se základními charakteristikami sítě UMTS-TDD s důrazem na rychlé datové přenosy umožněnými rozšířením HSDPA. Změřte přenosové rychlosti a dobu odezvy ping v síti TDD. Sledujte závislost přenosové rychlosti na poloze modemu, směrování jeho antény, resp. síle signálu. Přístrojové vybavení K bodu 1) Mobilní telefon Nokia 6230 GPRS-EDGE, alternativně Siemens S55 (GPRS) Externí modem UMTS-TDD HSDPA SIM karty T-Mobile s aktivovanou službou GPRS a Internet 4G Datový kabel resp. USB Bluetooth modul do PC nebo infraport Notebook s operačním systémem Windows XP GPRS (General Packet Radio Service) paketově orientovaný přenos dat v sítích GSM je zásadním prvkem ve směřování mobilních sítí 2. generace k 2,5 generaci. Přidáním dalších prvků do původní GSM infrastruktury přibližuje přenosovou rychlost mobilních systémů přenosové rychlosti pevné analogové linky. Jedná se především o prvky SGSN (Serving GPRS Support Node) a GGSN (Gateway GPRS Support Node). SGSN zajišťuje komunikaci s rádiovou částí a uzlem GGSN. GGSN plní funkci směrovače a zprostředkovává komunikaci s paketovými datovými sítěmi jako je např. Internet. Rozšíření GPRS na EDGE (Enhanced Data Rates for Global Evolution) je spočívá v použití vícestavové modulace na rádiovém rozhraní. GSM tj. i GPRS je provozováno s dvoustavovou modulací GMSK (Gausian Minimum Shift Keying). EDGE používá sofistikovanější osmistavovou modulaci 8PSK (Phase Shift Keying). Dosahovaná přenosová rychlost tak může být u EDGE až trojnásobná oproti klasickému GPRS. 1

2 Základní ideí je sdružování hovorových timeslotů ve směru k mobilní stanici. Na rozdíl od staršího vytáčeného připojení nedochází k obsazení fyzických kanálů jedním účastníkem a rádiové kanály tak zůstávají k dispozici i ostatním účastníkům a jsou využity dle aktuálních požadavků na přenos dat. Celková přenosová rychlost v rádiovém kanálu vychází v síti GSM pro jeden timeslot a modulaci GMSK na hodnotu 22,8 kbit/s. Jedná se o přenosovou rychlost před kanálovým kódováním. Toto kódování má za úkol ochránit přenášená data na cestě mezi základnovou stanicí a mobilním terminálem. Dochází zde k protichybovému zabezpečení k užitečným datům se přidávají další data, umožňující do jisté míry opravit nebo alespoň detekovat vzniklé chyby, dochází též k časovému prokládání. Podle chybovosti kanálu je možné v GPRS využít různou úroveň tohoto zabezpečení. Čím menší úroveň ochrany je třeba, tím je možné přenášet více užitečné informace. Pro GPRS a EDGE jsou definovaná tato kódovací schémata: Uvedené rychlosti patří jednomu timeslotu, kódovací schémata MCS5-9 jsou prováděny modulací 2

3 8PSK, ostatní jsou vysílány modulací GMSK. Počtu obsazených timeslotů a použitému schématu tudíž odpovídá výsledná přenosová rychlost v jednom směru: mobilní telefon síť nebo obráceně. Z pohledu uživatele sítě je vhodnější uvažovat tzv. uživatelskou rychlost, která je vždy nižší než přenosová rychlost, neboť nezahrnuje přenos dodatečných informací použitých přenosových protokolů fyzické vrstvy. Z pohledu telefonu je každá datová transakce v GPRS, jako příjem nebo poslání MMS, prohlédnutí stránek WAPu nebo stažení pošty, složena z několika kroků: Prvním krokem je GPRS Attach. Jedná se o signalizační výměnu mezi MS a SGSN. Tím je u mobilní stanice (MS) umožněna funkcionalita v GPRS. MS při tomto stavu pracuje jako normální GSM stanice, tedy např. telefon může přijímat nebo zahajovat hlasová spojení. Dalším krokem je aktivace PDP kontextu. Ta je provedena signalizační výměnou mezi MS a GGSN. V rámci definice PDP kontextu je nastaveno APN (Access Point Name), tedy adresa, se kterou se bude v této GPRS transakci MS komunikovat. Pro různé služby jsou určena různá APN. Např. Pro posílání nebo příjem MMS se používá APN mms.t-mobile.cz, pro připojení k WAPu wap.t-mobile.cz a pro připojení k internetu APN internet.t-mobile.cz. Dále je v rámci PDP kontextu mobilní stanici přidělena např. IP adresa. Od okamžiku aktivace PDP kontextu MS umožňuje komunikaci do paketové sítě. Pokud je nastavení APN na Internet, dají se použít transportní protokoly IP sítě. Uzavření GPRS transakce je provedeno deaktivací PDP kontextu. Může být proveden i GPRS Detach, ale není to nutné. Servisní menu Ke zjištění některých parametrů komunikace na radiovém rozhraní můžeme použít Servisním menu Netmonitor, kterým disponuje telefon Nokia Vstupuje do něj z menu pod položkou Netmonitor. Netmonitor se skládá z velkého počtu obrazovek, do kterých se dá buď vstoupit rovnou zadáním čísla nebo jimi lze listovat. Pro účely této úlohy jsou vhodné obrazovky č.101, , 109, 601, 703. Popis jednotlivých položek se zobrazí po dlouhém stisku hvězdičky K bodu 2) Připojení GPRS - EDGE Nastavení připojení se skládá ze tří úkonů instalace modemu a nastavení sítě a profilu telefonu. a) konfigurace modemu v PC Z vlastnostmi modemu se operuje v nabídce Start/Ovládací panely/možnosti telefon/modemy. Tlačítkem přidat se rozpoutá hledání použitého modemu-telefonu. Většinou ještě není v počítači obsažen konfigurační soubor daného modelu s příponou.inf, proto je jej nutné dodat na CD, disketě nebo stažený z internetu. Často tento soubor není sám dodáván a je nutné instalovat celý obslužný program k danému telefonu, který konfiguraci jak modemu tak připojení udělá za nás. Tak je tomu i v případě telefonu Siemens S55. V našem případě byl program dodávaný s telefonem PC Suite použit právě jen pro instalaci modemu. Do kolonky inicializační řetězec ještě přidáme : AT+CGDCONT=1, IP, internet.t-mobile.cz označující přístupový bod APN. 3

4 b) konfigurace připojení v PC V nabídce Start/Ovládací panely/síťová připojení/vytvořit nové připojení zadáme v průvodci: Typ připojení -> Připojení k internetu Příprava -> Natavit připojení ručně Připojení k internetu -> Připojení použitím modemu Název připojení libovolné Telefonní číslo -> *99***1#, kde 1 označuje číslo profilu v mobilním telefonu Informace o účtu pro síť internet -> libovolné jméno a heslo, případně nechat kolonky volné c) nastavení profilu v telefonu V odstavci popisujícím konfiguraci připojení se odkazuji na profil v telefonu (můžeme používat více typů připojení). Profil pro nastavení internetu najdeme u telefonu Siemens S55 v Menu/Nastavení/Výměna dat/datové služby/mail/java/rms. Zde se nacházejí profily a uvnitř v položce GPRS se vkládá přístupový bod APN, uživ. Jméno a heslo a adresa serveru DNS. Vzhledem k automatické konfiguraci stačí zadat pouze APN. V Případě, kdy je v PC vyplněno u nastavení modemu pole inicializační řetězec dle 2 a), není třeba se profily zabývat PC si APN nastaví sám. V případě Nokie 6230 proběhne většina kroků automaticky při instalaci USB kabelu, další parametry připojení pak obstará Web n walk manažer. Postup nastavení je však dobré znát pro případ potíží s připojením. K bodu 3) Měření Pro Siemens S55, u Nokie 6230 obdobně. K dispozici máme telefon propojený s počítačem USB kabelem. Tento kabel umožňuje trvalé dobíjení telefonu. Telefon i počítač je připraven pro spojení přes infračervený port. Protože by se však při tomto spojení obtížně četly údaje servisního menu, bylo zvoleno kabelové propojení. Při použití USB Bluetooth modulu, je možné aplikovat i tento typ bezdrátového propojení. Připojení k internetu inicializujte pomocí Web n walk manažeru (na ploše) záložka Nokia 6230 COM xy. Z plochy si spusťte také program CuteFTP. Jedná se o FTP klienta, který umí zobrazit výsledné průměrné přenosové rychlosti stahování souboru. Na mobilním telefonu zapněte Servisní menu. Připojte se na FTP server: Na počítačích přednastaveno připojení na ftp.volny.cz Na serveru a na počítači jsou uloženy soubory 100 kb, 200 kb, 500 kb, 1, 2 a 5 MB. Větší soubory jsou určeny k testování downloadu, menší k uploadu. Doporučuji hodnoty 200 a 500 kb, pro download větší, pro upload nižší hodnotu. S výše uvedenými soubory provádějte downloady/uploady alespoň 4 krát pro každý směř přenosu. Pro každé kolo měření zvolte jinou polohu telefonu směřujte telefon k základnové stanici, nechte volně ležet na stole, zakryjte anténu dlaní, apod. V závislosti na poloze telefonu pak sledujte kódovací schéma, počet timeslotů a zaznamenejte CellID,číslo rádiového kanálu a RxLev 4

5 do tabulky. Poté proveďte statistické zhodnocení dosažených přenosových rychlostí. Srovnejte přenosové rychlosti při použití kódování s rychlostmi poskytovanými pevnými linkami. Posuďte jak rychlost přenosu tak odezvu ping. V prostorech laboratoře nedominuje úrovní svého signálu žádná z blízkých buněk, několik buněk se může během stahování střídat na pozici best serveru, můžeme tak sledovat, jsou-li na různých základnových stanicích různá zatížení a tím i jiné aktuální poskytované přenosové rychlosti. Servisní menu Nokia 6230 vybrané parametry Obr. 101 (stejné značení je v servisním menu Netmonitoru dostupné po dlouhém stisku * CH kanál, RxL přijímaná výkonová úroveň v dbm, TxPwr vysílaný výkon, TS Timeslot, TA - timing advance Obr SCH kanál aktivní buňky, 1-8CH kanál sousedních buněk, rx přijímaná výkonová úroveň v dbm, C1, C2 relativní úrovně signálu vztažené k minimální úrovni pro přihlášení MT do sítě RxLevAM. Obr. 109 MCC kód země, MNC kód sítě, LAC kód oblasti, CH kanál, CellID identifikační číslo buňky. Obr. 601 TS timesloty download/upload, CS kódové schéma download/upload při EDGE se nezobrazuje Obr. 703 Standardní GPRS DL počet timeslotů na downloadu UL počet timeslotů na uploadu CS kódové schéma download/upload (dle řádku s DL resp. UL) pouze pro GPRS, kódové schéma pro EDGE viz Obr. 712 TxMCS vysílané tj. UL resp. RxMCS přijímané tj. DL kódové schéma EDGE. Mod typ přenosu Schéma vybraných obrazovek: Obr.101 Obr. 103 Obr. 109 Obr. 601 Obr. 703 CH RxL TxPwr TS TA RQ RLT C1 C2 BD GP ud CH SCH C1 rx C2 1CH C1 rx C2 2CH C1 rx C2 1N 2N MCC MNC LAC ServCH CellId CH RxL TAdv TS CS TAI TFI USF s R/S CHT MACm DL:TS CS Mod UL: TS CS Mod Clo/ope N3102 Obr. 612 Obr. 712 EDGE support TxMCS Packet channel RxMCS BEP period Resegment LQ meas mode Pre-empt Více informací naleznete v manuálu k servisnímu menu dostupný na pracovišti. Zkoumejte parametr Resegment(obr.712), RxMissing a TxRetransmit (Obr. 705) 5

6 Buňky (sektory) základnových stanic nejsilnější v laboratoři jsou tyto: pozn. CellID je unikátní označení dané buňky u konkrétního mobilního operátora. Tabulka 1 buňky operátora T-Mobile CellID (hexa) CellID(dec) Kanál Umístění Praha 6 - Dejvice, Náměstí Interbrigády 1 x Jugoslávských Partyzánů Praha 6 - Dejvice, Náměstí Interbrigády 1 x Jugoslávských Partyzánů Praha 6 - Bubeneč, Uralská Další BTS je možné dohledat na Tabulka 2 downloady GPRS-EDGE CellID (dec) kanál RxLev [dbm] počet timeslotů download kódovací schéma přenosová rychlost [kbit/s; KB/s] Případný problém Tabulka 3 uploady GPRS-EDGE CellID (hexa) kanál RxLev [dbm] počet timeslotů upload kódovací schéma přenosová rychlost [kbit/s; KB/s] Případný problém Doba odezvy: 6

7 K bodu 4) Základní informace k systému UMTS-TDD získáte na Další informace vám poskytne připravovaná přednáška. K počítači je USB kabelem připojen UMTS-TDD modem pro službu T-Mobile Internet 4G. Připojení probíhá pomocí Web n walk manažeru (na ploše): Ikonou se sluchátkem se provádí připojení, ještě předtím v odpojeném stavu můžeme sledovat parametry příjmu signálu od základnové stanice. Poklepnutím na spodní prostřední ikonu s telefonkem se dostaneme do servisního menu. Údaje v červeném oválku představují sílu přijímaného signálu v dbm (výkonová úroveň - decibel nad mw), a odstup signál/šum. V modrém oválku je pak údaj o CellID a T-offsetu v určité oblasti jimi můžeme identifikovat základnovou stanici seznam bude na pracovišti. Postup měření je stejný jako u EDGE, pouze soubory se přenášejí větší: doporučuji 1 a 2 nebo 5 MB, pro download nejlépe větší hodnotu než pro upload. Návštěva servisní obrazovky a zápis parametrů je vhodný před i po měření jednoho downloadu/uploadu. Tabulka 4 downloady UMTS-TDD CellID T- offset RxLev [dbm] Poloha modemu přenosová rychlost [kbit/s; KB/s] Případný problém 7

8 Tabulka 5 uploady UMTS-TDD CellID T- offset RxLev [dbm] Poloha modemu přenosová rychlost [kbit/s; KB/s] Případný problém Doba odezvy: Radiové parametry přenosu je také možné sledovat pomocí AT příkazů (stejným způsobem k nim přistupuje i W n w manažer). Tyto údaje se dají z modemu získávat pouze mimo dobu připojení modemu do radiové sítě. AT příkazy se zapisují a odesílají do modemu prostřednictvím hyperterminálu - /Nabídka Start/Příslušenství/Komunikace/Hyperterminál/ (pro zrychlenou volbu je na ploše ikona UMTS_hyperteminál). Příkazy: At+creg = 2.. inicializace komunikace At +creg?.. identifikace základnové stanice [T-Offset, CellId] At+csq síla signálu [xx,yy,síla signálu v dbm, zz] At+cbc stav baterie [% nabití baterie] Zhodnocení, závěr Použitá literatura: [1] Hanus, S. Bezdrátové a mobilní komunikace. Skripta VUT Brno, RadioMobil, a.s. [2] Materiály T-Mobile Czech Republic, a.s. [3] H.Holma, A.Toskala: GSM, WCDMA for UMTS, John Wiley &sons 2000 [4] R.Steele, C.C.Lee, P.Gould: GSM, cdmaona and 3G systems, John Wiley & sons 2001 [5] [6] [7] 8