Bakalářská práce bakalářský studijní obor Teleinformatika

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

FAKULTA ELEKTROTECHNIKY A KOMUNIKAČNÍCH TECHNOLOGIÍ ÚSTAV TELEKOMUNIKACÍ FACULTY OF ELECTRICAL ENGINEERING AND COMMUNICATION DEPARTMENT OF TELECOMMUNICATIONS

PŘENOS DAT V MOBILNÍCH SÍTÍCH DATA TRANSFER IN MOBILE NETWORK

BAKALÁŘSKÁ PRÁCE BACHELOR'S THESIS

AUTOR PRÁCE

PETR BÍLEK

AUTHOR

VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR BRNO 2008

ING. DUŠAN HAVELKA

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií Ústav telekomunikací

Bakalářská práce bakalářský studijní obor Teleinformatika Student: Ročník:

Bílek Petr 3

ID: 78462 Akademický rok: 2007/2008

NÁZEV TÉMATU:

Přenos dat v mobilních sítích POKYNY PRO VYPRACOVÁNÍ: Popsat základní metody přenosu dat v mobilních sítích (HSCSD, GPRS, EDGE, UMTS, HSDPA) z hlediska jejich architektury, použitých modulací a přenosových rychlostí, porovnat jejich klady a zápory. Provést simulaci sítě UMTS pomocí Opnet Modeler. Zaměřit se na závislost přenosové rychlosti na zatížení sítě a vzdálenosti od Node B. DOPORUČENÁ LITERATURA: [1] BANNISTER, J., MATHER, P., COOPR, S., Convergence Technologie for 3G Networks. John Wiley & Sons, Ltd, England 2004. [2] HANUS, S., Bezdrátové a mobilní komunikace. Ústav radioelektroniky FEKT VUT, Brno 2002. Termín zadání:

11.2.2008

Termín odevzdání:

Vedoucí práce:

Ing. Dušan Havelka

4.6.2008

prof. Ing. Kamil Vrba, CSc. předseda oborové rady

UPOZORNĚNÍ: Autor bakalářské práce nesmí při vytváření bakalářské práce porušit autorská práve třetích osob, zejména nesmí zasahovat nedovoleným způsobem do cizích autorských práv osobnostních a musí si být plně vědom následků porušení ustanovení § 11 a následujících autorského zákona č. 121/2000 Sb., včetně možných trestněprávních důsledků vyplývajících z ustanovení § 152 trestního zákona č. 140/1961 Sb.

LICENČNÍ SMLOUVA POSKYTOVANÁ K VÝKONU PRÁVA UŽÍT ŠKOLNÍ DÍLO uzavřená mezi smluvními stranami: 1. Pan/paní Jméno a příjmení:

Petr Bílek

Bytem:

Nušlova 2272 2272/9, 15800, Praha - Stodůlky

Narozen/a (datum a místo):

20.3.1986, Praha

(dále jen "autor") a 2. Vysoké učení technické v Brně Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií se sídlem Údolní 244/53, 60200 Brno 2 jejímž jménem jedná na základě písemného pověření děkanem fakulty: prof. Ing. Kamil Vrba, CSc. (dále jen "nabyvatel")

Článek 1 Specifikace školního díla 1. Předmětem této smlouvy je vysokoškolská kvalifikační práce (VŠKP): disertační práce diplomová práce bakalářská práce jiná práce, jejíž druh je specifikován jako ......................................................... (dále jen VŠKP nebo dílo) Název VŠKP:

Přenos dat v mobilních sítích

Vedoucí/školitel VŠKP:

Ing. Dušan Havelka

Ústav:

Ústav telekomunikací

Datum obhajoby VŠKP: ......................................................... VŠKP odevzdal autor nabyvateli v: tištěné formě

- počet exemplářů 1

elektronické formě

- počet exemplářů 1

2. Autor prohlašuje, že vytvořil samostatnou vlastní tvůrčí činností dílo shora popsané a specifikované. Autor dále prohlašuje, že při zpracovávání díla se sám nedostal do rozporu s autorským zákonem a předpisy souvisejícími a že je dílo dílem původním. 3. Dílo je chráněno jako dílo dle autorského zákona v platném znění. 4. Autor potvrzuje, že listinná a elektronická verze díla je identická.

Článek 2 Udělení licenčního oprávnění 1. Autor touto smlouvou poskytuje nabyvateli oprávnění (licenci) k výkonu práva uvedené dílo nevýdělečně užít, archivovat a zpřístupnit ke studijním, výukovým a výzkumným účelům včetně pořizovaní výpisů, opisů a rozmnoženin. 2. Licence je poskytována celosvětově, pro celou dobu trvání autorských a majetkových práv k dílu. 3. Autor souhlasí se zveřejněním díla v databázi přístupné v mezinárodní síti ihned po uzavření této smlouvy 1 rok po uzavření této smlouvy 3 roky po uzavření této smlouvy 5 let po uzavření této smlouvy 10 let po uzavření této smlouvy (z důvodu utajení v něm obsažených informací) 4. Nevýdělečné zveřejňování díla nabyvatelem v souladu s ustanovením § 47b zákona č. 111/1998 Sb., v platném znění, nevyžaduje licenci a nabyvatel je k němu povinen a oprávněn ze zákona.

Článek 3 Závěrečná ustanovení 1. Smlouva je sepsána ve třech vyhotoveních s platností originálu, přičemž po jednom vyhotovení obdrží autor a nabyvatel, další vyhotovení je vloženo do VŠKP. 2. Vztahy mezi smluvními stranami vzniklé a neupravené touto smlouvou se řídí autorským zákonem, občanským zákoníkem, vysokoškolským zákonem, zákonem o archivnictví, v platném znění a popř. dalšími právními předpisy. 3. Licenční smlouva byla uzavřena na základě svobodné a pravé vůle smluvních stran, s plným porozuměním jejímu textu i důsledkům, nikoliv v tísni a za nápadně nevýhodných podmínek. 4. Licenční smlouva nabývá platnosti a účinnosti dnem jejího podpisu oběma smluvními stranami.

V Brně dne: ............................................................

............................................................

............................................................

Nabyvatel

Autor

ANOTACE Bakalářská práce se zaměřuje na zmapování a použití mobilních sítí pro přenosy datových služeb. Popisuje jednotlivé generace sítí a technologie, které využívají. Tato práce je rozdělena na dvě hlavní části, teoretickou a praktickou. V první části jsou popsány technologie druhé a třetí generace, které se v současné době používají pro přenosy dat v mobilních sítích. Jedná se zejména o služby GPRS, EDGE a UMTS. Tato práce popisuje tyto technologie z hlediska používaných modulací, kódování a dosahovaných přenosových rychlostí. Porovnává jejich výhody a nevýhody a uvádí jejich využití u tuzemských operátorů. Dále se snaží nastínit směr, kterým se budou datové služby v rámci mobilních sítí, dále ubírat. Druhá část bakalářské práce je opět členěna do dvou hlavních oddílů. Prvním je simulace sítě UMTS pomocí prostředí OPNET Modeler 14.5. Zde se práce zaměřuje na dvě důležité charakteristiky, závislost přenosové rychlosti na vzdálenosti od základnové stanice a závislost přenosové rychlosti na zatížení celé sítě. Obě charakteristiky sleduje z hlediska přenosové rychlosti a výkonových vlastností. Popisuje také používané objekty a funkce prostředí OPNET. Druhou částí v praktickém oddíle je reálné měření služby Internet 4G, kterou poskytuje operátor T-Mobile. Zde se práce zaměřuje na prezentaci výsledků, kterých bylo dosaženo praktickým měřením dané služby. Konec této práce je věnován srovnání nasimulovaných výsledků s výsledky prakticky změřenými a vyvození závěru z nich plynoucích. Klíčová slova: HSCSD, GPRS, EDGE, UMTS, přenos dat, simulace, OPNET, přenosová rychlost, celkové zatížení, vzdálenost, reálné měření

ANOTATION The Bachelor's thesis deals with mapping and usage of mobile networks of data transfers. It describes every particular generation of networks and technologies that they can use. This thesis is divided into two main parts, theological and practical. In the first part, the technologies of the second and third generation currently used for data transfer in mobile networks are described there. This concerns especially GPRS, EDGE and UMTS services. The thesis focuses on modulations used for these technologies, together with the coding and bit rates possible. It compares their advantages and disadvantages and presents their utilization among national operators. It also tries to sketch out the way the data services of mobile networks will proceed. The second part of the thesis is also divided into two parts. The first one is the simulation of the UMTS network with the assistance of the OPNET Modeller 14.5 environment. In this case, the thesis aims at two important characteristics - such as the dependence on the bit rate and distance of the primary station, and dependence on the bit rate and total load of the whole network. Both characteristics are observed mainly because of the bit rate and power characteristics. It describes objects and funcions of the OPNET environment. The next part in the practical section is the factual measurement of the Internet 4G service, provided by T-Mobile operator. The thesis focuses here on the presentation of the outcomes which were accomplished by the practical measurement of that service. The end of this thesis is dedicated to the comparasion of simulated outcomes with the outcomes practically measured, and to the conclusion of the results emerged from them. Keywords: HSCSD, GPRS, EDGE, UMTS, data transfer, simulation, OPNET, bit rate, total load, distance, real measurement

BÍLEK, P. Přenos dat v mobilních sítích. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií, 2008. 81 s. Vedoucí bakalářské práce Ing. Dušan Havelka.

Prohlášení Prohlašuji, že svůj semestrální projekt na téma Přenos dat v mobilních sítích jsem vypracoval samostatně pod vedením vedoucího semestrálního projektu a s použitím odborné literatury a dalších informačních zdrojů, které jsou všechny citovány v práci a uvedeny v seznamu literatury na konci práce. Jako autor uvedeného semestrálního projektu dále prohlašuji, že v souvislosti s vytvořením tohoto projektu jsem neporušil autorská práva třetích osob, zejména jsem nezasáhl nedovoleným způsobem do cizích autorských práv osobnostních a jsem si plně vědom následků porušení ustanovení § 11 a následujících autorského zákona č. 121/2000 Sb., včetně možných trestněprávních důsledků vyplývajících z ustanovení § 152 trestního zákona č. 140/1961 Sb.

V Brně dne ...............

............................................ podpis autora

Poděkování Děkuji vedoucímu bakalářské práce Ing. Dušanu Havelkovi, za velmi užitečnou pomoc při zpracování bakalářské práce a jeho cenné rady ohledně programu OPNET Modeler 14.5. Dále děkuji slečně Lence Polákové za zapůjčení 4G modemu pro službu Internet 4G a za její pomoc při měření praktické části této práce.

V Brně dne ...............

............................................ podpis autora

Seznam nejpoužívanějších zkratek 2G 3G AuC BSC BTS BSS CDMA CN EDGE EIR FDD FDMA GGSN GPRS GMSK

2nd Generation – sítě druhé generace 3rd Generation – sítě třetí generace Authentication Centre – centrum autentifikace Base Station Controller – základnová stanice v síti GSM Base Transciever Station – řízení základnové stanice v síti GSM Base Station System – blok v architektuře GSM (BTS + BSC) Code Division Multiple Access – kódový multiplex Core Network – jádro sítě v UMTS Enchanced Data Rates for GSM Evolution – paketová síť 2.75. generace Equipment Identity Register – identifikační registr Frequency Division Duplex – frekvenční dělení duplexu Frequency Divison Multiple Access – frekvenční multiplex Gateway GPRS Support Node – odchozí GPRS brána General Packet Radio Services – paketová síť 2,5. generace Gaussian Minimum Shift Keying – klíčování Gaussovým minimálním posuvem GSM Groupe Spécial Mobile – standard pro mobilní komunikaci HLR Home Location Register – domovský registr účastníků HSCSD High Speed Circuit Switched Data – okruhově spínaná technologie přenosu dat v rámci GSM HSPA High Speed Packet Access – vysokorychlostní síť třetí generace (obsahuje HSDPA a HSUPA) IP Internet Protocol – internetový protokol ITU International Telecommunication Union – mezinárodní telekomunikační unie MS Mobile Station – mobilní stanice MSC Mobile Switching Centre – blok v architektuře GSM, fungující jako ústředna Node B základnová stanice systému UMTS PSK Phase Shift Keying – klíčování změnou fáze QoS Quailty of Service – kvalita služeb RNC Radio Network Controller – řídící jednotka v síti UMTS RNS Radio Network Subsystem – blok v architektuře UMTS (Node B + RNC) SGSN Serving GPRS Support Node – uzel sloužící k obsluze GPRS TDD Time Division Duplex – časové dělení duplexu TDMA Time Divison Multiple Access – časový multiplex UE User Equipment – mobilní stanice systému UMTS UMTS Universal Mobile Telecommunications System – síť 3. generace UTRAN UMTS Terrestrial Radio Access Network – přístupová podsíť v UMTS VLR Visitor Location Register – návštěvnický registr účastníků

Obsah Úvod .............................................................................................................. 1 Technologie 2G a 2+G .............................................................................. 1.1 HSCSD ................................................................................................ 1.2 GPRS .................................................................................................. 1.3 EDGE .................................................................................................. 2 Technologie 3G ......................................................................................... 2.1 Úvod .................................................................................................... 2.2 Trocha historie ..................................................................................... 2.3 TD-CDMA/TD-SCDMA ........................................................................ 2.4 CDMA 2000 ......................................................................................... 2.4.1 CDMA 1xRTT ............................................................................. 2.4.2 CMDA 1X EV-DO ....................................................................... 2.4.3 CDMA 1X EV-DV ....................................................................... 2.4.4 CDMA 3xRTT ............................................................................. 2.5 UMTS .................................................................................................. 2.5.1 Základní techniky v UMTS ......................................................... 2.5.2 Přístupová síť UTRAN ............................................................... 2.5.3 Páteřní síť CN ............................................................................ 2.5.4 Rádiové rozhranní UTRA ........................................................... 2.5.5 Celková struktura UMTS ............................................................ 2.5.6 UMTS v České republice ........................................................... 2.6 HSPA ................................................................................................... 2.6.1 HSDPA ....................................................................................... 2.6.2 HSUPA ....................................................................................... 3 Pohled do budoucna ................................................................................ 3.1 HSPA+ ................................................................................................. 3.2 MIMO ................................................................................................... 3.3 LTE ...................................................................................................... 4 Simulační prostředí OPNET Modeler 14.5 .............................................. 5 Simulace v prostředí OPNET ................................................................... 5.1 Scénář Vzdalenost .............................................................................. 5.1.1 Vytvoření simulačního modelu sítě UMTS v prostředí OPNET .. 5.1.2 Popis scénáře ............................................................................ 5.1.3 Vlastní simulace scénáře ........................................................... 5.1.4 Výsledky simulace ..................................................................... 5.2 Scénář Zatizeni .................................................................................... 5.2.1 Úprava předchozího scénáře a vytvoření modelu sítě v prostředí OPNET ... 5.2.2 Popis scénáře ............................................................................. 5.2.3 Vlastní simulace scénáře ........................................................... 5.2.4 Výsledky simulace ..................................................................... 6 Reálné měření sítě UMTS - služba Internet 4G ..................................... 6.1 Obecně o službě Internet 4G .............................................................. 6.2 Použití služby Internet 4G pro měření v síti UMTS ............................. 6.3 Vlastní měření a dosažené výsledky ................................................... 6.4 Porovnání nasimulovaných a naměřených hodnot .............................. 7 Závěr .......................................................................................................... Seznam použité literatury ........................................................................... Seznam příloh ..............................................................................................

14 15 15 17 21 25 25 25 26 26 26 26 27 27 28 28 29 31 31 32 33 34 34 35 36 36 36 36 37 38 38 38 44 44 45 49 49 51 51 52 58 58 58 59 60 61 63 65

Seznam obrázků Obr. 1.1: Modulace GMSK ............................................................................ Obr. 1.2: Režie dat v GSM ............................................................................ Obr. 1.3: Přenos dat v GSM .......................................................................... Obr. 1.4: Architektura GPRS ......................................................................... Obr. 1.5: Princip modulace 8-PSK ................................................................ Obr. 1.6: Stavy modulace 8-PSK .................................................................. Obr. 1.7: Zjednodušený model EGPRS ........................................................ Obr. 1.8: Kódová schémata EGPRS ............................................................. Obr. 2.1: Architektura CDMA 1xEV-DO ......................................................... Obr. 2.2: Struktura sítě UMTS ....................................................................... Obr. 2.3: Přístupová síť UTRAN .................................................................... Obr. 2.4: Rozdělení kmitočtového spektra IMT-2000 .................................... Obr. 2.5: Architektura UMTS ......................................................................... Obr. 2.6: 16-QAM .......................................................................................... Obr. 5.1: Vytvořený nový projekt s paletou objektů ....................................... Obr. 5.2: Model sítě UMTS pro scénář Vzdalenost ....................................... Obr. 5.3: Nastavení aplikace ftp_app ............................................................ Obr. 5.4: Nastavení profilu ftp_prof ................................................................ Obr. 5.5: Nastavení clienta FTP s názvem UE_0 .......................................... Obr. 5.6: Nastavení základnové stanice Node_B_0 ...................................... Obr. 5.7: Nastavení simulace ........................................................................ Obr. 5.8: Okamžitá přenosová rychlost UE_0 ............................................... Obr. 5.9: Průměrná přenosová rychlost UE_0 ............................................... Obr. 5.10: Průměrný přijímaný a vysílací výkon UE_0 .................................. Obr. 5.11: Okamžitý přijímaný a vysílací výkon UE_0 ................................... Obr. 5.12: Odstup signálu od šumu S/N ........................................................ Obr. 5.13: Model sítě UMTS pro scénář Vzdalenost ..................................... Obr. 5.14: Zatížení FTP _serveru .................................................................. Obr. 5.15: Propustnost Node_B_0 ................................................................. Obr. 5.16: Průměrná přenosová rychlost UE_0 ............................................. Obr. 5.17: Průměrná přenosová rychlost UE_7 ............................................. Obr. 5.18: Výkon přijímaný a vysílaný pro stanice UE_0 a UE_7 .................. Obr. 5.19: Odstup signálu od šumu a průměrná hodnota interferencí mobilní stanice UE_0 ....... Obr. 5.20: Detail odstupu signálu od šumu a průměrné hodnoty interferencí mobilní stanice UE_0..... Obr. 6.1: Aplikace web'n walk ........................................................................ Obr. 6.2: Závislost síly signálu na vzdálenosti od základnové stanice .......... Obr. 6.3: Závislost S/N na vzdálenosti od základnové stanice ...................... Obr. 6.4: Závislost rychlosti připojení (a také přenosové) na vzdálenosti od základnové stanice ........

15 15 16 17 21 21 22 23 27 28 29 31 32 34 38 40 40 41 42 43 44 45 46 47 47 48 50 52 53 54 54 55 56 57 58 59 59 60

Seznam tabulek Tab. 1.1: Třídy HSCSD .................................................................................. Tab. 1.2: Kódová schémata v GPRS ............................................................ Tab. 1.3: Třídy přístrojů v GPRS .................................................................... Tab. 1.4: Třídy přístrojů v EDGE .................................................................... Tab. 2.1: Rozdělení kmitočtového spektra v IMT-2000 .................................. Tab. 2.2: Třídy zařízení v HSDPA .................................................................. Tab. 6.1: Naměřené hodnoty .........................................................................

16 19 20 23 31 35 59

Úvod Mobilní komunikace dnes tvoří nedílnou část našeho života. Lze pomocí nich přenášet hovor, ale poskytují i datové služby. Avšak původně byly navrženy pouze pro obyčejné telefonování. S rozvojem internetu nastala potřeba, mít tuto celosvětovou síť při ruce, i když člověk nesedí u počítače. Do sítí 2. generace tedy již byla zahrnuta podpora přenosu dat. Vývoj mobilních služeb šel nezadržitelně kupředu a objevovaly se stále nové služby. Mnoho z nich by bez datových přenosů nemohlo být uskutečněno. Pravá revoluce ovšem nastala s nástupem sítí 3. generace. Ty již jsou projektovány tak, aby datové služby a hovor fungovaly spolehlivě vedle sebe a navzájem se neomezovaly. Tato práce by měla přiblížit historii, současnost a možnou budoucnost přenosu datových služeb pomocí mobilních sítí. Nejprve se bude věnovat sítím druhé generace s jejich technologiemi HSCSD, GPRS a EDGE. Poté popíše standard IMT-2000, což je základ sítí 3. generace. Zvláště se zaměří na UMTS, které je u nás používáno. V poslední kapitole nastíní blízký pohled do budoucna, na to, kam se budou datové přenosy přes mobilní sítě ubírat. V praktické části se práce zaměří na síť UMTS, kde se, pomocí simulačního prostředí OPNET Modeler 14.5, budou simulovány dva scénáře. Jeden se zabývá závislostí přenosové rychlosti na vzdálenosti od základnové stanice. Druhý se pak blíže zaměří na chování sítě při různém stupni zatížení. Poslední částí je reálné měření sítě UMTS, konkrétně služba Internet 4G od společnosti T-Mobile. Problematika mobilních sítí jako takových je velmi složitá, natož pak jejich nástavby, které se používají pro přenos dat. V zájmu zachování rozumné délky teoretické části této práce zde nebude popisována základní síť GSM, ani její principy. Ve zkratce lze říci, že se jedná o síť s buňkovou strukturou, která používá pro jednotlivé kanály jak časové (TDMA), tak frekvenční (FDMA) dělení. Rychlosti jednotlivých kanálů vycházejí z PCM 1. řádu (E1). Další popis lze nalézt například ve skriptech Bezdrátové a mobilní komunikace, prof. Hanuse, vydaných roku 2002 na UREL VUT v Brně [1].

14

1 Technologie 2G a 2+G 1.1 HSCSD Nejstarší přenosovou technologií v síti GSM je HSCSD (High Speed Circuit Switched Data, volně přeloženo jako Rychlé přepínání okruhů). Jde o technologii založenou na přepojování okruhů CSD, což znamená, že se jedná o nepaketový přenos. Mezi příjemcem a odesílatelem vzniká souvislý datový tok. GSM a tedy i HSCSD (a dále i GPRS) používá modulaci GMSK, což je zkratka pro Gaussian Minimum Shift Keying. Jde o typ fázového diferenčního klíčování. Logická jednička, respektive logická nula, je interpretována změnou fáze, jak je vidět na Obr. 1.1. V rámci jedné periody signálu je možný jeden ze dvou stavů fáze - buď kladný nebo záporný přírůstek. Modulační rychlost se tedy rovná té přenosové. Rychlost se dá zvýšit jen pomocí přidáním dalších symbolů, které budou vysílané během jedné periody. Im

1 Re

0

Obr. 1.1: Modulace GMSK K přenosu se používají standardní hovorové timesloty, nebylo tedy třeba nijak měnit architekturu sítě, operátoři si vystačili pouze se softwarovými úpravami. Klasický timeslot má v síti GSM rychlost 33,8 kb/s, ta ovšem není plně využitá. Je nutné data zabezpečit a přidat režii, takže užitná rychlost klesne na 9,6 kb/s. V HSCSD ovšem došlo ke snížení režie a přenosová rychlost vzrostla na 14,4 kb/s v jednom timeslotu. Srovnání timeslotu u GSM a u HSCSD je patrné na Obr. 1.2.

slot/

33,8 kb/s

slot/

33,8 kb/s

11011010110011

9,6 kb/s

22,8 kb/s hovorový kanál

11011010110011011001

14,4 kb/s

22,8 kb/s hovorový kanál

režie připadající na zajištění datových přenosů při rychlosti 14,4 kb/s (cca 8,4 kb/s)

režie připadající na fungování GSM sítě (cca 11 kb/s) režie připadající na zajištění datových přenosů při rychlosti 9,6 kb/s (cca 13,2 kb/s)

Obr. 1.2: Režie dat v GSM 15

Dalšího zvýšení přenosové rychlosti je možno dosáhnout současným použitím několika timeslotů. Jejich přidělení je závislé na momentálním počtu dostupných kanálů a dále na schopnosti samotné mobilní stanice. Mezi BTS a základnovou řídicí jednotkou BSC (rozhraní Abis) jsou data přenášena v kanálech s rychlostí 16 kb/s (v celkové přenosové rychlosti 2 Mb/s je 32 kanálů rychlých 64 kb/s, z nichž každý je dále rozdělen na 4 ´ 16 kb/s. Těchto 16 kb/s může být využito k přenosu hovorových dat (13 kb/s), nebo právě pro přenos dat rychlostí14,4 kb/s. Ke sloučení do kanálu s přenosovou rychlostí 64 kb/s dochází v BSC, případně jednotce TRAU (Transcoder and Rate Adaptation Unit). Tato jednotka má za úkol převádět kódovaná hovorová data 13 kb/s do standardních, 64 kb/s rychlých hovorových kanálů, které odpovídají PCM. Odtud také vychází maximální přenosová rychlost 64 kb/s, které je možno pomocí této technologie dosáhnout. n ´ timeslot

n ´ 16 kb/s

MS

BTS

1 ´ 64 kb/s

BSC

MSC

Obr. 1.3: Přenos dat v GSM Tento způsob přenosu většinou bývá asymetrický. Ve směru od BTS k mobilní stanici (downlink) je přidělen větší počet timeslotů než ve směru od mobilní stanice k BTS (uplink). Tento způsob přidělování je velmi vhodný pro připojení k internetu, kde ve směru downlink bývá více přenášených dat, než ve směru uplink. Množství takto přidělených timeslotů závisí na několika faktorech – momentální dostupnosti slotů v síti a také na schopnosti samotné mobilní stanice. Největším problémem bývá právě dostupnost timeslotů, protože hovor je vždy prioritně nadřazen nad přenosem dat. Terminály jsou pak děleny celkem do 18 tříd, podle toho s kolika timesloty dokáží pracovat, viz Tab. 1.1. [9] Tab. 1.1 - Třídy HSCSD Třídy HS CS D max imální počet buněk třída

celkem

downlink

uplink

1

1

1

2

2

2

1

3

3

2

2

3

4

3

1

4

5

2

2

4

6

3

2

4

9

3

2

5

10

4

2

5

12

4

4

5

13

3

3

6

18

8

8

16

16

Nejvyšší přenosová rychlost je tedy 8 ´ 14,4 = 115,2 kb/s. V bývalé síti EuroTel (dnes O2) se používá 6. třída, tedy maximálně 3 timesloty ve směru downlink a maximálně 2 ve směru uplink. Bylo pak už jen na uživateli, zda se rozhodl pro symetrický přenos (2 + 2, což je 22,8 kb/s v obou směrech), nebo asymterický (3 + 1, což je 43,2 kb/s ve směru downlink a 14,4 kb/s ve směru uplink). Ostatní operátoři se rozhodli příjít rovnou s GPRS, popřípadě na vyšší technologie, které popíši dále. Výhodou HSCSD je, že od okamžiku vytvoření spojení garantuje účastníkovi plnou přenosovou rychlost. Naopak nevýhodou je obsazení kanálu, i když se neposílají žádná data, dochází tedy k obsazení sítě. Tato nevýhoda plyne z použité technologie přepínaných okruhů. Tarifikace u HSCSD je prováděna podle doby komunikace. Dnes podporuje HSCSD ve větší míře již jen společnost Nokia, která stále do svých modelů implementuje tuto technologii. Z našich operátorů ji využívá pouze O2.

1.2 GPRS Zkratka GPRS (General Packet Radio Service) v překladu znamená „Hlavní paketová radiová služba“ a jedná se o takzvanou technologii 2,5. generace (předchozí HSCSD bylo zahrnuto ve standardu Release 97, což je 2G), protože jde o přechod mezi 2G a 3G. Stále jde o službu v rámci sítě GSM, i když se již architekturou liší od klasického GSM. Celou implementaci GPRS si můžeme představit jako „nástavbu“ nad GSM se společnými řídícími prvky. Změny se týkají jak softwaru, tak i hardwaru. GSM

Um

HLR A

BTS

EIR

MSC/VLR

SMSC

PCU BSC

Gb Síť SS7

GPRS

Gn SGSN

GPRS páteřní síť (IP) CG

BG

PLMN

Gn

Gi

Gn LIG

Gp

Obr. 1.4: Architektura GPRS 17

GGSN

GGSN

Gi

Externí síť X.25

Externí síť IP

Jednotka BSC byla rozšířena o PCU (Packet Controller Unit), kde dochází ke střetnutí GSM a GPRS. Nové prvky v architektuře jsou uzly pro prodporu GPRS, takzvané GSN (GPRS Support Node). Těch je několik ( Převzato z [9]): SGSN (Serving GPRS Support Node): Jedná se vlastně o analogii MSC, pracuje však s pakety. Plní především tyto funkce: · SGSN směruje v obou směrech datové pakety a obsluhuje všechny uživatele přihlášené do GPRS sítě kteří se nacházejí v jeho dosahu. Ve směru k uživateli je provoz směrován ze SGSN přes BSC na BTS a odtud do mobilní stanice. · Provádí autentizaci, šifrování a kontrolu IMEI (v klasické síti probíhá šifrování mezi telefonem a BTS). · Funkce mobility managementu (což je součást 3. vrstvy vrstvového modelu GSM plnící funkce autentifikace, lokalizace atd.). · Řízení logických kanálů směrem k mobilní stanici. · Spojení s HLR, MSC. GGSN (Gateway GPRS Support Node): Poskytuje rozhraní mezi GPRS sítí a externími sítěmi pracujícími podle standardu IP nebo X.25, je tedy jakousi branou mezi GSM a vnějšími sítěmi. V GGSN jsou také obsaženy funkce tzv. mobility managementu. Dalšími funkcemi GGSN je např. směrování paketů na správný uzel SGSN, konverze protokolů mezi GPRS a vnějšími sítěmi, a může také pracovat jako firewall, tzn. ochrana sítě před nežádoucím vniknutím zvenku. Mezi sebou pak uzly SGSN a GGSN komunikují prostřednictvím protokolu GTP (GPRS Tunelling Protocol), který lze považovat za aplikační protokol rodiny protokolů TCP/IP - sám využívá ke svému fungování transportní protokoly UDP nebo TCP, pod kterými je provozován protokol IP. BG (Border Gateway): Jedná se o bránu mezi GPRS sítěmi různých operátorů umožňující funkci roamingu. CG (Charging Gateway): Jednotka, která uchovává a vyhodnocuje zúčtovací data, která přicházejí od SGSN a GGSN. Po příslušném zpracování jsou tato data odeslána do celkového zúčtovacího systému sítě GSM. LIG (Legal Interception Gateway): Jednotka odposlechu, která v některých zemích musí být dle zákona nainstalována. Zásadním rozdílem oproti HSCSD (popřípadě oproti celé síti GSM) je ten, že GPRS je paketově přepínaná technologie, což znamená, že více uživatelů sdílí jeden přenosový kanál. Nedochází tedy ke zbytečnému zatěžování sítě, pokud se nepřenáší žádná data. Přenosová rychlost je opět omezena technologií GSM, budeme tedy vycházet z toho, že timeslot má rychlost 33,8 kb/s. Opět je nutná režie a zabezpečení. Budeme tedy uvažovat maximální rychlost 22,8 kb/s. Ta se ovšem může ještě zmenšovat, záleží na konkrétních podmínkách a kvalitě šířeného signálu. Pokud podmínky 18

nejsou optimální, dochází ke zvýšení režie, a tím pádem ke snížení užitečné přenosové rychlosti. Z tohoto důvodu jsou zavedeny čtyři třídy, které označují kódová schémata (coding scheme). Jejich přehled je v Tab. 1.2. [9] Tab. 1.2 - Kódová schémata v GPRS Třída CS-1 CS-2 CS-3 CS-4

„Užite čná “ pře nosová rychlost 9,05 kb/s 13,4 kb/s 15,6 kb/s 21,4 kb/s

Pokud by GPRS mohlo využít maximální počet 8 slotů současně, pak by to při optimálních podmínkách šíření signálu (kdy lze použít CS-4) odpovídalo rychlosti 8 ´ 21,4, neboli 171,2 kb/s. Ovšem je třeba zdůraznit, že se jedná skutečně jen o teoretické maximum, protože jde o souběh dvou optimálních případů – optimálních podmínek šíření signálu a možnosti alokovat všech 8 slotů současně. V praxi bude takovýto souběh nastávat jen velmi vzácně, navíc lze počítat s tím, že operátoři alespoň z počátku budou sami omezovat maximální dosažitelnou rychlost, zejména kvůli počtu obsazených slotů. Mobilní telefon musí podporovat všechna 4 kódová schémata, u GSM sítí je to různé. Na počátku zavádění GPRS uměly sítě většinou CS-1 a CS-2. V dnešní době v ČR používají všechna schémata sítě T-Mobile a Vodafone. O2 stále používá jen CS-1 a CS-2. Kódové schéma se vybírá podle kvality signálu, tedy podle odstupu signál/šum (C/I) tak, aby byl zajištěn nejlepší přenos dat. Telefony podporující GPRS se dělí do tří tříd: [3] · Class A – umožňuje simultánní využívání GPRS i hlas. Tato funkce je nazývána jako Dual Transfer Mode (DTM) tedy přenos hlasu a dat současně. Např. mobilní telefon Nokia N95 tuto funkci podporuje. Technologii DTM tedy Class A musí podporovat i síť operátora. České mobilní sítě tuto technologii zatím nepodporují. · Class B – hovor, nebo data. V závislosti na podpoře sítě je možné například při GPRS spojení přijmout hovor (a zastavit GPRS) nebo opačně. Všechny v současné době prodávané GPRS mobilní telefony a zařízení patří do Class B). · Class C – umožňuje pouze datový provoz. Z takového přístroje nelze telefonovat (datové karty PCMCIA, speciální průmyslové moduly). Navíc se ještě dělí podle toho, kolik timeslotů umí použít pro uplink a downlink a kolik z nich při současném vysílání, viz Tab 1.3. Dnešní běžné telefony používají třídu 10, pracuje tedy v konfiguraci 4+1 nebo 3+2 (downlink+uplink). Konfigurace je zvolena podle převládajícího toku dat, může však být podle potřeby změněna. GPRS specifikace zahrnuje podporu protokolů IP, PPP (Point to point protokol), OSPIH a X.25. Poslední z nich se používá pro aplikace jako například bezdrátové platební terminály a bankomaty, ačkoliv byl odebrán z důvodů požadavku standardu. 19

X.25 je stále podporován přes PPP nebo přes IP, což ovšem má za následek nutnosti používání routerů nebo zapouzdření přímo do koncového terminálu. V praxi podporují operátoři na GPRS pouze IP a někdy také PPP. Tab. 1.3 - Třídy přístrojů v GPRS Třída 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 32

Počet timeslotů Downlink Uplink Společné 1 1 2 2 1 3 2 2 3 3 1 4 2 2 4 4 2 4 3 3 4 4 1 5 3 2 5 4 2 5 4 3 5 4 4 5 5 3 6

Ve standardu GPRS je také implementována podpora QoS, a to zejména pokud jde o: [9] · Prioritu – zde jsou definovány tři úrovně priority: vysoká, střední a nízká. · Spolehlivost – zde jsou definovány opět tři varianty, resp. třídy spolehlivosti, které definují určité kombinace pravděpodobnosti toho, že dojde ke ztrátě paketu, k přijetí duplikátu, k poškození paketu či jeho doručení mimo pořadí. · Zpoždění – definovány jsou 4 třídy vztažené k průměrnému zpoždění a ke zpoždění 95 % přenášených paketů. · Propustnost – zde je definována maximální (špičková) a střední přenosová rychlost. Tarifikace probíhá v GPRS na základě množství přenesených dat. GPRS je první čistě paketovou službou v síti GSM, sloužící na přenos dat. I když jde o technologii poměrně starou, ještě dnes se využívá, například pro posílání MMS zpráv, popřípadě různých vyzváněcích melodií nebo tapet na pozadí. Je také zapojena do přenosu dat, pokud není dostatečně kvalitní signál na přenos, pomocí dále zmíněných technologií. Není tedy zdaleka mrtvá, i když se už dále nevyvíjí.

20

1.3 EDGE Technologie, která se počítá do 2,75G, je posledním krokem před zavedením sítí třetí generace. Zkratka znamená Enchanced Data rates for Global (někdy označováno jako GSM) Evolution. Nabízí několik metod, které umožňují dosáhnout vyšší efektivity přenosu dat a vysoké spektrální účinnosti v systému buněk, který je úzkopásmový. Nejvýznamnějším vylepšením oproti předcházejícím technologiím je použití modulace 8-PSK, která nahradila modulaci GMSK. Jedná se o osmistavovou fázově klíčovanou modulaci. Princip modulace lze vidět na Obr. 1.5. [9] MS 00 ® -A1 01 ® -A2 10 ® A1 11 ® A2

a

abc

lk

cos Wt

c

D

X

S

Sk(t)

INV sin Wt

c b

00 ® -A1 01 ® -A2 10 ® A1 11 ® A2

Jk

X

Obr. 1.5 - Princip modulace 8-PSK Na vstup modulátoru přicházejí bloky bitů (v tomto případě tzv. tribity), které se podle schématu rozdělí do dvou větví a potom putují do měničů signálu. Zde je každé dvojici bitů přiřazena napěťová úroveň ± Ax. V tomto případě jsou v každé větvi 4 úrovně, protože kombinujeme vždy dva bity. Bity a a b určují polaritu úrovní Ik a Jk a bit c velikost úrovně. Výstupem z měničů signálu jsou pak napětí o amplitudách Ik, Jk, která jsou následně přiřazena nosným vlnám cos Ωt a sin Ωt. V další části dochází k vektorovému součtu těchto nosných a výsledkem jsou fázově posunuté hodnoty, jak je vidět na Obr 1.6. [9] Im (0,1,0) (0,0,0) (0,1,1) (0,0,1)

(1,1,1) Re

(1,1,0)

(1,0,1) (1,0,0)

Obr. 1.6: Stavy modulace 8-PSK 21

Tímto způsobem je spektrum využito mnohem efektivněji. Signál je ovšem více náchylný na zkreslení a šum, proto je nutné dbát na synchronizaci. Můžeme tedy přenášet tři informační bity v jednom symbolu, místo jednoho jak je tomu u GPRS. Ovšem za cenu větší spotřeby na straně vysílače. Technologie EDGE zahrnuje ve své specifikaci dvě části, a to EGPRS (Enchanced GPRS) a ECSD (Enchanced Ciruit Switching Data), tedy vylepšení paketového přenosu GPRS a vylepšení okruhově spínaného HSCSD. ECSD opět funguje v symetrickém a asymetrickém provozu (nejčastěji 3 timesloty pro downlink a 1 pro uplink) a používá se většinou tam, kde je potřeba kontinuální datový tok s vysokou spolehlivostí (videokonference a telemetrie). Z našich operátorů tuto specifikaci neposkytuje žádný, byť T-Mobile o jejím zavedení uvažoval. Nutno podoknout, že ECSD se ve světě vlastně skoro nepoužívá. V našich končinách tedy EDGE znamená to samé jako EGPRS, proto tedy v následujícím textu bude pod pojmem EDGE myšlena jeho specifikace EGPRS. Paketový přenos v EDGE je založen na sadě protokolů TCP/IP, protože z pohledu Internetu je EDGE jednou z jeho podsítí. Pro směrování se tedy používá jak telefonní číslo, tak i IP adresa. Začlenění do Internetu ukazuje následující obrázek.

Host 154.451.12.17

LAN 1

subsíť 154.451.12.xx

Host 123.231.12.23 LAN 2 subsíť EGPRS 123.231.12.xx

Internet

Host 127.121.12.12

subsíť 127.121.12.xx

Router Host

LAN 3

Host 144.441.17.17

subsíť 144.441.17.xx

Obr. 1.7: Zjednodušený model EGPRS Použitou modulaci jsme si již popsali, teď přijde na řadu kódování. Stejně jako u GPRS, i EDGE má několik kódových schémat. Je jich celkem devět a opět se používají v závislosti na kvalitě signálu. Čísla u jednotlivých sloupečků na Obr. 1.8 udávají maximální rychlost pro jeden timeslot. Jak můžeme vidět, v EDGE jsou zahrnuta i kódová schémata z GPRS. Konkrétně schémata MCS1 až MCS4 jsou velmi podobná CS-1 až CS-4. Používají totiž stejnou modulaci (GMSK). U EDGE lze využít tzv. resegmentaci paketů. Tato situace může nastat v případě, že je vyslán paket zakódovaný podle nějakého vyššího schématu. Přijatá zpráva obsahuje chyby, které nelze odstranit. Je tedy vyslán požadavek na přeposlání paketu. Paket je přetransformován podle nižšího 22

Přenosová rychlost [kb/s]

Kódová schémata EGPRS 70,0 60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 0,0 CS1

CS2

CS3

CS4 MCS1 MCS2 MCS3 MCS4 MCS5 MCS6 MCS7 MCS8 MCS9

Obr. 1.8: Kódová schémata EGPRS kódovacího schématu (tedy s menší pravděpodobností výskytu chyby, je použito robustnější kódování) a znovu odeslán. Toto se nazývá resegmentace. Přetransformování podle jiného kódovaní znamená změnu velikosti užitečných dat v jednotlivých paketech, proto resegmentace. To je také důvod, proč GPRS a EDGE dosahují u GMSK modulace odlišného výkonu. U GPRS není resegmentace možná. Paket musí být znovu poslán ve svém původním formátu. EDGE je tedy zpětně kompatibilní z GPRS, a pokud se z nějakého důvodu nemůže uskutečnit přenos dat po EDGE, provede se pomocí GPRS. Opět zde vše záleží na kvalitě signálu. Stejně jako u GPRS se rozeznávají jednotlivé třídy, které znamenají počet použitých timeslotů ve směru downlink a uplink. Jejich přehled uvádí Tab. 1.4. [4] Jelikož EDGE vychází z GPRS, platí pro něj v tomto ohledu vše, co jsem zmínil u GPRS. Z tabulky vidíme, že maximální rychlost EDGE se pohybuje kolem 296 kb/s, skutečná propustnost je ovšem kolem 100 – 150 kb/s. Je to dáno především nekvalitním signálem. Nejčastěji se používá třída 8 s konfigurací 4+1. Tab. 1.4 - Třídy přístrojů v EDGE Třída 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Počet timeslotů Maximální rychlost v kb/s Downlink Uplink Společné Downlink Uplink Celková 1 1 2 59,2 59,2 118,4 2 1 3 118,4 59,2 177,6 2 2 3 118,4 118,4 177,6 3 1 4 177,6 59,2 236,8 2 2 4 118,4 118,4 236,8 3 2 4 177,6 118,4 236,8 3 3 4 177,6 177,6 236,8 4 1 5 236,8 59,2 296 3 2 5 177,6 118,4 296 4 2 5 236,8 116,4 296 4 3 5 236,8 177,6 296 4 4 5 236,8 236,8 296

Můžeme si srovnat stejnou třídu GPRS a EDGE (tedy třídu 8), kde u GPRS je maximální přenosová rychlost kolem 80 kbit/s a u EDGE se udává 236,8 kbit/s. Jde tedy zhruba o trojnásobek, což je dáno právě použitou modulací 8-PSK, která zpracovává tribity, tedy třikrát více informací než GMSK, na které běží GPRS. 23

Nasazení technologie EDGE do sítě GSM si vyžádalo jednu hardwarovou změnu, a to přidání nového transieveru do každé BTS. Nemusí se tedy budovat nová síť jako u třetí generace, což znamená mnohem menší pořizovací náklady. Samozřejmostí je mobilní telefon, který tuto technologii podporuje. V ČR zprvu spustil EDGE pouze T-Mobile. Vodafone a O2 se přidali až po delší době (zvláště tehdejší EuroTel sázel na CDMA). Na následující stranách jsou mapy, které ukázují pokrytí EDGE u T-Mobile ( viz Příloha 1), Vodafone (viz Příloha 2) a O2 (viz Příloha 3) . Jak je vidět největší pokrytí má T-Mobile, následovaný Vodafone. O2 implementuje EDGE jen do nově postavených BTS.

24

2 Technologie 3G 2.1 Úvod Zatímco u sítí 2. generace se z počátku s přenosem dat úplně nepočítalo, sítě 3. generace, již od počátku svého vývoje, měly přenášet jak hlas (telefonní hovor), tak data. Jejich hlavní devizou měly být videohovory a možnost videokonferencí, spolu s přenášením dat rychlostí až několik Mb/s. To, zda se vše povedlo se pokusím osvětlit v následujících kapitolách.

2.2 Trocha historie 3G Původně existovala myšlenka jednoho celosvětového standardu, který by byl vytvořen pod dohledem ITU. Základy byly položeny již v roce 1986, tedy ještě před dokončením norem pro sítě 2. generace. V rámci ITU byl pověřen CCIR (International Radio Consultative Committee), aby vytvořil systém zvaný FPLMTS (Future Public Land Mobile Telecommunication System – budoucí systém pro pozemní mobilní telekomunikaci). V dubnu roku 1992 WARC (World Administrative Radio Conference – Světový administrativní kongres pro rádio, později zkráceno na WRC) vymezil pro FPLMTS kmitočtové pásmo 230 MHz (1885 – 2025 MHz a 2110 – 2200 MHz). Část tohoto pásma (1980 – 2010 MHz a 2170 – 2200 MHz) je určena pro družicovou část systému MSS (Mobile Satellite Service – Mobilní družicová služba). Později byl standard pro 3G schválen a pojmenován IMT-2000. Myšlenka celosvětového standardu se ovšem nepodařila udržet do konce. Zásluhu na tom mají USA, které rozprodaly frekvenční pásmo zamýšlené pro 3G svým mobilním operátorům. Prodalo se několik stovek licencí na velmi malé regiony a na velmi malá pásma (někde i jen 5 MHz široké), takže sjednocení frekvencí mezi USA a zbytkem světa se ukázalo jako velmi obtížné. Do toho všeho se firmám Motorola, Lucent a Qualcomm podařilo navrhnout úplně jiný systém, než vyvíjela ITU. Bylo to ovšem z důvodu čistě praktického, v USA se totiž používají i jiné standardy než GSM (konkrétně IS-136 a IS-95, které jsou založeny na TDMA a CDMA). A sítě tohoto typu nešlo na systém UMTS (do té doby hlavní část standardu IMT-2000) převést bez citelných zásahů do struktury sítě. Proto byl pro USA vyvinut systém CDMA2000, který byl poté včleněn do IMT-2000. Porodní bolesti sítí 3G však ještě neskončily. Dalším problémem se stalo přidělování licencí, konkrétně v Evropě. Původně se licence udělovaly jen na UMTS, ale na popud výše zmíněných společností zasáhla WTO (World Trade Organization), která doslova vnutila evropským regulátorům rozhodnutí, že licence na sítě 3G nesmí být vázány na technologie. Nutno podoknout, že většina evropských operátorů si stejně zvolila technologii UMTS, kvůli snadnějšímu přechodu z GSM. Svou roli hrála i možnost roamingu mezi evropskými operátory, který by byl bez výměny telefonního přístroje nemožný. Nakonec tedy standard IMT-2000 obsahuje tyto technologie: W-CDMA (UMTS), CDMA2000, TD-CDMA/TD-SCDMA, DECT a UWC-136 (jde vlastně o EDGE, který ovšem jak víme se počítá do 2,75G). 25

Za „plnohodnotné mobilní“ 3G sítě můžeme považovat tedy UMTS, CDMA2000 a čínský TD-CDMA/TD-SCDMA. DECT je sice také bezdrátová síť, ale nelze ji považovat za pravou technologii pro mobilní telefony, proto ji v dalším textu neuvádím. Dále se popíši ony tři „plnohodnotné“ sítě. Začnu s, pro nás nejméně zajímavou, sítí TD-CDMA/SD-CDMA.

2.3 TD-CDMA/TD-SCDMA Jde o čínskou síť, která se vymyká všem ostatním standardům. Čína je sice provozovatel mobilní sítě s největším počtem účastníků, ale její výrobci nechtějí platit za patenty, které se váží k 3G sítím. Proto Čínská akademie telekomunikačních technologií ve spolupráci s firmou Siemens (autorem TD-CDMA) vyvinula tuto síť. Jde o TD-CDMA (což je časově dělený duplex, který využívá nepárového spektra) doplněný o synchronizaci terminálů (takže S v SCDMA znamená synchronní), kvůli omezení interferencí mezi uplinkem a downlinkem. Časový duplex má totiž problém rozpoznat, který TDD rámec je přidělen ve směru uplink, a který ve směru downlink. Jsou totiž možné oba směry (dle vytížení) a mobilní telefon může začít požadovat vysílání v opačném směru ve stejném rámci, než jiný telefon. A právě proto byla zavedena synchronizace terminálů. Tato technologie byla zařazena do IMT-2000 proto, aby UMTS telefony mohly fungovat i v Číně. Opačně to ovšem platit nemusí. A podle posledních zpráv se chystá Čína tuto technologii vyvážet do ostatních zemí světa.

2.4 CDMA2000 Za vývojem CDMA2000 stojí hlavně firma Qualcomm. Vyskytuje se ve dvou hlavních verzích – 1xRTT a 3xRTT. 2.4.1 CDMA 1xRTT Tato technologie je známá jako CDMA 1X a je rychlostmi velmi blízká EDGE (EDGE byl však mnohem lépe kompatibilní s GSM popř. s GPRS). V modifikaci CDMA 1X dosahuje maximální přenosové rychlosti 153,3 kb/s. U nás byla nasazena v rámci CDMA450 u společnosti EuroTel. CDMA450 je klasické CDMA2000 pouze přesunuté do volného frekvenčního pásma 450 MHz (uvolněné po skončené analogové síti NMT). Umožňuje díky kratší vlnové délce zvětšit velikost buňky sítě. Stejné území tedy může být pokryto za cenu nižších nákladů. CDMA 1X se poté rozšířila, a to na CDMA 1X EV-DO a CMDA 1X EV-DV. Jejich hlavní rozdíl je dělení frekvencí mezi data a hlas. Významně také vzrostla rychlost. Budu tyto dvě technologie považovat za samostatnou část rodiny CDMA2000, protože v IMT-2000 jsou popsány samostatně od CDMA 1X, ačkoli z tohoto standardu vycházejí. 2.4.2 CDMA 1X EV-DO Jedná se o síť, která je určená především pro přenos dat a je asymetrická. Ve směru downlink (zde uváděno jako Forward link) dosahuje rychlostí 26

až 2,457 Mb/s, ve směru uplink (zde nazýván jako Reverse link) lze přenášet data maximálně 153,6 kb/s. Ve směru downlink se používá mnohonásobný přístup CDMA s kombinací časového dělení TDMA. Uplink používá pouze CDMA. Postupem času byly přidány dvě revize, které rychlost zvedly až na 4,9 Mb/s ve směru downlink a 1,25 Mb/s ve směru uplink. Jde samozřejmě o hodnoty maximálně dosažitelné. Struktura architektury této technologie vypadá následovně: Přístupová síť

Jádro sítě MSC PSTN

PDSN

1xEV-DO BTS

1xEV-DO BSC

Internet

Private Packet Data IP Network

1xEV-DO BMS

AAA, DNS, DHCP Servery Policy services

Obr. 2.1: Architektura CDMA 1xEV-DO Bezdrátové zařízení, které se přes BTS připojuje do přístupové sítě. BTS je pak přímo spojena s BSC. V té je obsažen modul PCF (Packet Control Function), který se stará o kontrolu procházejících dat a řízení mezi BSC a PDSN v další části sítě. Přístupová síť navazuje na tzv. jádro sítě. To obsahuje PDSN (Packet Data Service Node), které se stará o podporu paktového přenášení dat. Obsažena je také ústředna MSC, která se ovšem nevyužívá (zahrnuta je zde proto, že EV-DO vychází z 1xRTT, kde dochází k sestavování spojení pomocí okruhů). Dále jsou v této části sítě DNS a DHCP servery, které se starají o přidělení IP adresy. Technologii CDMA 1X EV-DO u nás využívají dva operátoři, O2 (pokrytí viz Příloha 4) a nový operátor U:fon konkrétně na frekvenci 410 MHz. V listopadu 2007 O2 nasadil vylepšenou verzi, a to CDMA Rev. A, která dosahuje maximální přenosové rychlosti 3,1 Mb/s ve směru downlink. Dále je rozšířena podpora QoS, takže je možno provádět i klasické hlasové služby. 2.4.3 CDMA 1X EV-DV Tato technologie měla umožnit přenášet na stejné frekvenci data i hlasové služby. Měla dosahovat rychlostí downlink až 3,1 Mb/s a uplink až 1,8 Mb/s. Pro nezájem operátorů byl však vývoj pozastaven a nyní se již dále nevyvíjí. 2.4.4 CDMA 3xRTT Všechny předchozí CDMA užívaly šířku pásma 1,25 MHz. 3xRTT využívá, jak již z názvu vyplývá, velikost pásma více než třikrát vyšší. Konkrétně 5 MHz, která dovoluje maximální přenosovou rychlost 2 Mb/s. Obchodně se toto řešení také neuplatnilo. 27

2.5 UMTS 3G standard W-CDMA (v Evropě značen jako UMTS) je evropsko-japonským dílem, které definuje jak pozemní, tak satelitní mobilní službu. Pozemní má název UTRA (UMTS Terrestrial Radio Access) a satelitní S-UMTS. O té se zmiňovat nebudu, protože jde o čistě experimentální provoz. Pojďme se podívat na pozemní evropské UMTS. Sítě třetí generace byly navrhovány tak, aby je bylo možno včlenit do stávajících sítí generace druhé. Z počátku se tedy předpokládalo velké pokrytí pomocí GSM a k němu jako doplněk (hlavně ve velkých městech) UMTS, které mělo sloužit pro přenos dat. Dalším stupněm vývoje mělo být pokrývání stále většího území pomocí UMTS a jeho použití i pro hlasové služby. V současné době se ovšem stále nacházíme v období začátku, protože UMTS se stále používá především na datové služby. Kromě Japonska se nepočítá s tím, že by měla UMTS a vůbec jakákoli síť třetí generace fungovat bez 2G sítě. 2.5.1 Základní techniky v UMTS UMTS je také založena na technologii CDMA, konkrétně na modifikaci W-CDMA (Wideband CDMA), což je širokopásmová přístupová metoda. V CDMA neexistuje časové dělení. Všichni uživatelé používají jedno frekvenční pásmo po celou dobu přenosu. K jejich rozeznání slouží přidělený binární kód, který má každý uživatel přidělen a je jedinečný. Spektrum je složeno z jednoho párového pásma (1920 – 1980 MHz + 2110 – 2170 MHz) a jednoho nepárového pásma (1910 – 1920 MHz + 2010 – 2025 MHz). Duplexní metody přenosu jsou pak pro každé pásmo jiné, pro párové pásmo se používá FDD (Frequency Division Duplex) a pro nepárové pásmo TDD (Time Division Duplex). Struktura sítě UMTS je následující: CN (Core Network) Iu UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network)

Uu UE (User Equipment)

Obr. 2.2: Struktura sítě UMTS Na nejvyšší úrovni je použita páteřní síť CN (Core Network), která měla fungovat na bázi ATM. Na ní pomocí rozhraní Iu navazuje přístupová síť UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network), která zajišťuje rádiové spojení s uživatelem. Posledním stupněm je pak samotný uživatelský terminál UE (User Equipment). Ten je spojen s UTRAN pomocí rozhranní Uu. 28

V porovnání s GSM si můžeme představit, že UTRAN odpovídá základnovým stanicím BSS a CN by se dalo označit jako síťový spojovací subsystém NSS. 2.5.2 Přístupová síť UTRAN Přístupová síť UTRAN je část systému UMTS, se kterým komunikují jednotlivé uživatelské terminály pomocí radiového rozhraní. Poskytuje jim přístup ke službám sítě CN. Plní tedy dvě hlavní funkce: zprostředkování rádiového přenosu a řízení a přidělování rádiových kanálů. Pro plnění těchto funkcí má implementovány dvě základní jednotky: Node B, což je základnová stanice UMTS (obdoba BTS) RNC (Radio Network Controller) neboli řídící jednotka radiové sítě (obdoba BSC)

Core Network – CN

Iu

Iu

RNS

RNS

Radio Network Controller

Iub

Iur

Iub

Iub

Radio Network Controller

Iub

Node B Node B

Node B

Node B

Obr. 2.3: Přístupová síť UTRAN Síť UTRAN se skládá z několika subsystémů RNS (Radio Network Subsystem). Každý tento subsystém řídí jednotka RNC, která je připojena přes rozhranní Iu na síť CN. Mezi jednotlivými RNC je spojení pomocí rozhranní Iur. Existují i subsystémy RNS, které nejsou spojeny s CN, ale jen se sousedním RNS. Jednotka RNC má na starost určitou geografickou oblast a v ní se stará o rádiové zdroje a jejich použití. Tyto geografické oblasti jsou rozděleny na buňky. O pokrytí signálem v těchto buňkách se starají základnové stanice Node B. Při každém uskutečněném spojení se jeden systém RNS stává tzv. Serving RNS, neboli obsluhujícím systémem. Jedná se o RNS, přes který uživatelský terminál vstupuje do sítě CN. Při přechodu účastníka do jiného RNS se nový RNS stává tzv. Drift RNS. Jeho úkolem je přidělit rádiové prostředky v době, kdy spojení mezi UTRAN a mobilním terminálem vyžaduje použití buněk, kontrolovaných tímto RNS. V případě, že Drift RNS má přímé připojení k CN, může později převzít úlohu Serving RNS. 29

Nyní si povíme něco více o funkcích Node B a RNC. Node B Tato základnová stanice obsahuje rádiové přijímače a vysílače, anténní systém obsluhující jednu nebo více buněk a slouží jako jednotka, zprostředkující přenos dat mezi rádiovým rozhraním na jedné straně a pozemskou fixní částí sítě na straně druhé. Node-B také může podporovat různé přenosové režimy (W-CDMA, TD-CDMA). Jejími základními funkcemi jsou (Převzato z [11]): · Modulace/Demodulace. · Vysílání/Příjem. · Kódování CDMA fyzických kanálů. · Mikro diverzita. · Ochrana proti chybám. · Řízení výkonu (Closed Loop Power Control – Zpětná uzavřená smyčka). RNC Funkčnost několika základnových stanic Node-B kontroluje a ovládá řídicí jednotka rádiové sítě RNC. RNC má na starost přidělování rádiových kanálů a je důležitou jednotkou sledující a registrující mobilitu účastníka. funkce RNC jsou následující : · Řízení rádiových prostředků. · Přidělování rádiových kanálů. · Kontrola přístupu (zabezpečení). · Šifrování. · Řízení handoveru. · Řízení výkonu (Open Loop Power Control – Zpětná otevřená smyčka). · Makro diverzita. · Segmentce/Zpětné slučování (SAR – Segmentation and Reassembly). V přístupové síti UTRAN jsou definovány čtyři logická rozhraní, která propojují jednotlivé jednotky této sítě a propojují UTRAN s dalšími částmi systému UMTS. Jsou to: · Uu mezi Node B a uživatelským terminálem UE. · Iub mezi Node B a RNC. · Iur mezi RNC a RNC. · Iu mezi RNC a CN. V případě propojení UTRAN a domény CN s přepojováním okruhů (Circuit Switched Domain) je potom toto rozhraní nazváno Iu-CS a koncovým bodem je ústředna MSC třetí generace, v případě propojení RNC na doménu s přepojováním paketů se jedná o rozhraní Iu-PS a koncovým bodem je uzel SGSN (Serving GPRS Support Node).

30

2.5.3 Páteřní síť CN Jádro sítě CN (Core Network), které se též nazývá páteřní sítí, provádí funkce spojování, tedy spojení účastníků a směrování paketů. Dále udržuje a aktualizuje uživatelské informace, jako poloha účastníka, tarifikaci nebo zabezpečení. Poslední důležitou funkcí je spojení do dalších sítí (ISDN, X.25, PTSN, Internet...). Dělí se na dvě části, doménu CSD (Circuit Switched Domain), která zajišťuje přepojování okruhů a doménu PSD (Packet Switched Domain), sloužící k přepojování paketů. Obě domény některé své části sdílejí, některé jsou ale vlastní každé z nich. CSD obsluhuje telefonní ústředny MSC a GMSC, které bývají převzaty, s několika změnami, ze sítí GSM. PSD se je složena z uzlů, které mají na starost GPRS a EDGE. Paketově orientovaná část pracuje na protokolu IP a uzel GGSN, pro GPRS, je brán jako běžný router. Pro podporu IP protokolu by měl být v síti operátora ještě implementován firewall a DNS server. Právě tyto dvě služby může plit GGSN. 2.5.4 Rádiové rozhraní UTRA Jak již bylo řečeno, UMTS využívá dvou duplexních technik – přenosové módy TDD a FDD. Jejich rozdělení a alokace ve spektru je následující: TDD se používá v nepárových pásmech a používá technologii TD-CDMA. Ta je vhodná pro asymetrický vysokorychlostní přenos, pokrytím hlavně uvnitř budov. FDD je naopak pro párová pásma s technologií W-CDMA. Použití je hlavně u velkoplošného pokrytí se symetrickými, středně rychlými datovými přenosy. Je ovšem náročnejší na regulaci výkonu na straně mobilního telefonu i Node B. Obě technologie dohromady tvoří rádiové rozhraní, které se nazývá UTRA (UMTS Terrestrial Radio Access). Spektrum 3G je vidět na Obr. 2.4 a rozdělení v Tab. 2.1 [11]. Tab. 2.1: Rozdělení kmitočtového spektra IMT-2000 Číslo na obrázku pásmo č. 1 pásmo č. 2 pásmo č. 3 pásmo č. 4 pásmo č. 5 pásmo č. 6 pásmo č. 7

1850

1900

1

DECT

2

UMTS TDD

Frekvenční rozsah Šířka pásma Použitá technologie 1885 – 1900 MHz 15 MHz DECT 1900 – 1920 MHz 20 MHz TD-CDMA 1920 – 1980 MHz 60 MHz W -CDMA – Uplink 1980 – 2010 MHz 30 MHz Satelitní složka 2010 – 2025 MHz 15 MHz TD-CDMA 2110 – 2170 MHz 60 MHz W -CDMA – Downlink 2170 - 2200 MHz 30 MHz Satelitní složka

1950

3

UMTS FDD

2000

4

2050

5

UMTS Satelit

UMTS TDD

2100

2150

2250

6

7

UMTS FDD

UMTS Satelit

Obr. 2.4: Rozdělení kmitočtového spektra IMT-2000 31

MHz

2.5.5 Celková struktura UMTS V předchozím textu jsme si popsali jednotli v é části systému UMTS. Nyní je čas, poskládat je dohromady, pro p ř e d s t a v u ,jak vypadá celá síť UMTS. Její schéma vypadá následovně: GSM BSS

3G MSC/VLR Doména CS

A BTS

GMSC PSTN

BSC D Gb

AUC/HLR

Jádro sítě UMTS

Gs EIR Iu-CS Gr

Gc

RNS Iu-PS Node B

RNC

Gn

Sítě IP nebo X.25

3G SGSN Doména PS 3G GGSN

Obr. 2.5: Architektura UMTS Z obrázku je patrná zpětná kompatibilita UMTS se sítí GSM. Stejným způsobem jako u GSM je řešena přístupová síť, tedy jako buňková struktrura. Rozděluje se na tři typy území podle velikosti. Nejmenší o rozloze 10 – 50 metrů se nazývá pikobuňka. Ta se používá uvnitř budov a poskytuje přenosovou rychlost až 2 Mb/s. Uvnitř městské zástavby se využívá tzv. mikrobuňka, její poloměr dosahuje 300 – 500 metrů. Přenosová rychlost se na ní pohybuje do 384 kbit/s. Největší makrobuňka poskytující rychlost do 144 kb/s bývá rozlehlá až 6 kilometrů a používá se v příměstské zástavbě. V pikobuňce se tedy používá TDD, v ostatních FDD. V UMTS je také definována podpora QoS: [11] · maximální přenosové zpoždění, · kolísání zpoždění, · BER (Bit Error Ratio, koeficient bitové chybovosti), · přenosová rychlost, · typ přenosu – CS (Circuit Switched, okruhově přepojovaný) nebo PS (Packet Switched, paketově přepojovaný), nebo také spojově a nespojově orientovaná komunikace, · charakteristika přenosu – VBR (Variable Bitrate), CBR (Constant Bitrate). Pro jeden mobilní terminál je možné mít aktivovaných víc nosných služeb najednou, každou s jinými parametry QoS, ať už spojově nebo nespojově orientovanou. 32

2.5.6 UMTS v České republice V listopadu 2001 zveřejnil Český telekomunikační úřad dokument „Podmínky výběrového řízení na udělení telekomunikačních licencí ke zřizování a provozování veřejných mobilních telekomunikačních sítí – Aukce na licence UMTS“. Vyvolávací cena jedné licence byla stanovena na 3,5 miliardy korun. Do aukce se přihlásily firmy Radiomobil (nyní T-mobile) a EuroTel (nyní O2). Radiomobil nabídl 3 861 000 001 Kč. To je o 361 milionů více, než kolik činila nejnižší přípustná cena v aukci. EuroTel nabídl 3 535 000 000 Kč, což znamená, že k nejnižší možné ceně přisadil 35 milionů. Český Mobil ani případní noví operátoři neměli o licenci za vyvolávací cenu 3,5 miliardy korun zájem. Případný nový operátor by s licencí na provozování sítí třetí generace získal i licenci na síť druhé generace. Operátoři byli nuceni spustit svou síť do 1. ledna 2005, později byl termín o rok posunut. T-Mobile svou UMTS spustil jako první, konkrétně 19. října 2005 a pokrývá s ní většinu krajských měst a Střední Čechy (viz Příloha 5). Používá technologii založenou na TDD. U O2 je situace trochu jiná. Díky tomu, že pro své mobilní datové služby používají technologii CDMA na frekvenci 450 MHz, jejich UMTS se skoro nerozvíjí. Samozřejmostí je pokrytí Prahy (byla to jedna z podmínek licence) a také okolí Brna (viz Příloha 6). UMTS byl rozhodně první pořádný mobilní vysokorychlostní internet v naší republice. Stále více zákazníků, kteří nemají možnost být připojeni přes wi-fi technologii a nechtějí se spoléhat na občasné výpadkové služby O2 ADSL, volí tuto variantu. Další skupinu zákazníků tvoří ti, kteří chtějí opravdu mobilní internet. Pro ty je UMTS jako dělané. Bohužel v našich končinách stále chybí dostatečná nabídka UMTS telefonů. Postupem času by se vše jistě mělo změnit a UMTS by konečně mělo začít sloužit svému účelu. Pokud ovšem dříve nebude nahrazeno jinou technologií. Poznámka k obchodnímu názvosloví u T-Mobilu. Nabízejí sice 4G internet, ale 4G neznamená síť nebo technologii čtvrté generace, jde pouze o marketingový trik.

33

2.6 HSPA High Speed Packet Access je označení pro sadu vylepšení pro 3G sítě. Tato technologie je označována jako 3,5G. Její zavádění si vynutila potřeba vyšších přenosových rychlostí, než jaké může poskytnout osamocená technologie W-CDMA. HSPA se dělí na dva významné, prakticky samostatné, protokoly. HSDPA a HSUPA. Pojďme se na ně podívat blíže. 2.6.1 HSDPA Standard byl pojmenován High Speed Download Packet Access. Je zahrnut v 5. vydání standardu UMTS. Tato technologie je nasaditelná jak pro UMTS TDD, tak i pro UMTS FDD. Jak již z názvu vyplývá, jde o zvýšení přenosových rychlostí ve směru downlink. Pro zavedení bylo potřeba poněkud upravit architekturu, aby bylo možné dosáhnout nižšího zpoždění, rychlejší odezvy na změnu kvality kanálu a zpracování H-ARQ (Hybrid automatic repeat request), tedy hybridního požadavku na opakování přenosu. Funkce plánování přenosu dat se přesunula z RNC na Node B. Změnilo se také kódování k 8-PSK se přidává 16-QAM, ale jen tam, kde je dobrý signál. Rozdíl mezi 8-PSK a QAM je takový, že u 8-PSK se tribitům rovnou přiřazuje vektor elektromagnetické vlny. Rozdíl mezi nimi je dán fázovými úhly. U QAM (kvadraturníamplitudová modulace) se signálovému prvku přidělí určitá kombinace jedniček a nul. U 16-QAM se kóduje do 4 bitů, máme tedy 16 možných stavů vlny. Viz Obr 2.6. Q

I

Obr. 2.6: 16-QAM V HSPA byl také definován nový přenosový kanál nazvaný HS-DSCH (High-Speed Downlink Shared Channel). Umožňuje dynamicky sdílet radiové rozhraní rychlostí až 14,4 Mb/s. V HS-DSCH jsou použity 2 ms časové přenosové intervaly (TTI) a pevný rozprostírací faktor 16, umožňující využívat 15 paralelních kódů pro uživatelský provoz a signalizaci. Používá modulaci QPSK a 16-QAM, adaptaci linky (porovnání modulace, kódování a dalších parametrů na radiovém rozhraní) a přeposílání na fyzické vrstvě pomocí H-ARQ. Řízení přenosu se děje pomocí kanálu HS-SCCH (High-Speed Shared Control Channel), který slouží k přenášení informací o použité modulaci, přeposílání a pro další řídící informace. 34

Jak je tedy vidět, přesunutím některých funkcí z RNC na Node B se zkracuje vzdálenost, kterou musejí data urazit, než se dekódují a zjistí se případné chyby. Snižují se tím nároky na dobu jejich přenosu, ale za cenu složitějšího hardwaru v Node B. Pro HSDPA se počítá s přiřazením kmitočtů, které jsou již vyhrazeny pro UMTS, není tedy třeba hledat volné místo ve spektru. I HSDPA zařízení se dělí na několik tříd, jejichž přehled je v Tab. 2.2: [6] Tab. 2.2: Třídy zařízení v HSDPA Třída 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Max. počet HSDSCH kanálů 5 5 5 5 5 5 10 10 15 15 5 5

Modulace QPSK a 16-QAM QPSK a 16-QAM QPSK a 16-QAM QPSK a 16-QAM QPSK a 16-QAM QPSK a 16-QAM QPSK a 16-QAM QPSK a 16-QAM QPSK a 16-QAM QPSK a 16-QAM pouze QPSK pouze QPSK

Maximální rychlost [Mb/s] 1,2 1,2 1,8 1,8 3,6 3,6 7,3 7,3 10,2 14,4 0,9 1,8

U nás jako první nasadil HSDPA EuroTel, aby zvýšil rychlost svého UMTS FDD. Dosáhl tím stejných rychlostí, které dosahoval T-Mobile s čistým UMTS TDD. Postupné zavádění vyšších tříd se plánuje do budoucích let. Výhled do budoucna je takový, že v roce 2011 by mohlo používat HSDPA až 65 % všech 3G sítí na světě. 2.6.2 HSUPA Druhou nástavbou na technologie 3G je standard High Speed Upload Packet Access, který je občas nazýván také jako 3,75G. Oproti HSDPA, které je už komerčně nasazováno, má HSUPA asi dvouleté zpoždění a komerčně by mělo být nasazeno v příštím roce, u nás konkrétně v síti Vodafone. Rychlost uplinku by se měla pohybovat až do 1,4 Mb/s, slibována je ovšem rychlost 5 Mbit/s. Hlavním rozdílem od standardní 3G sítě bude použití technologie MIMO (podrobnější popis viz kapitola 3.2). Díky ní bude po patřičných hardwarových úpravách sítě možno přenášet až desítky megabitů za sekundu. To je ovšem ještě hudba budoucnosti. Jelikož HSUPA není komerčně nikde nasazeno, nejsou ještě k dispozici potřebná data pro podrobnější popis.

35

3 Pohled do budoucna Moderní přenosové technologie si žádají stále vyšší přenosové rychlosti, podporu nejrůznějších nových služeb jako jsou DVB-H, IPTV, různé videokonference a jiné. Samozřejmě za cenu velmi kvalitního signálu. Pojďme se tedy podívat na technologie, které budeme mít zabudované v našich mobilních telefonech, popřípadě pomocí nich budeme přenášet data v rádiovém spektru.

3.1 HSPA+ Klasické HSDPA má hranici přenosové rychlosti na 14,4 Mb/s. Již teď se přemýšlí o rychlostech několikanásobně vyšších. Jednou z nich bude vylepšení stávajícího HSPA. Jen změnou modulace ze 16-QAM na 64-QAM se dosáhne zvýšení na 21 Mb/s u HSDPA a na 15 Mb/s u HSUPA. Další zvýšení představuje již zmíněná technologie MIMO, která posune HSDPA až na 80 Mb/s.

3.2 MIMO Zkratka MIMO znamená Multiple Input Multiple Output a jedná se o jednu z nejslibnějších technologií dneška (již je běžně k dispozici). Dále se s ní do budoucna počítá snad do všech bezdrátových technologií. Jak již z názvu vyplývá na straně příjmu i vysílání se používá několik vstupů, respektive výstupů. Ve skutečnosti jde o samostatné antény. Ovšem neděje se tak za cenu samostatného přidělení frekvenčního kanálu. Naopak se snaží co nejvíce využít dostupných možností a zefektivnit používání frekvenčního spektra. Proto pořebuje více antén, které jsou umístěny od sebe v konkrétní vzdálenosti. Přes každý vstup/výstup je posílána/přijímána část přenášených dat. MIMO tedy dokáže zpracovávat i různě odražené signály, které umí správně vyhodnotit. Nedochází tedy k interpolacím a různým odrazům. Zvyšuje se propustnost a dosah. Naopak klesá bitová chybovost. V současné době se pracuje na vývoji integrovaných antén, aby z mobilu nečouhalo několik antének.

3.3 LTE Long Term Evolution, neboli také Super 3G, je technologie s ambicemi nejvyššími. Maximální přenosová rychlost by měla být ještě vyšší než u HSPA+, a to sice 50 Mbit/s u uplinku a 100 Mb/s na downlinku. To vše navíc s nízkým zpožděním kolem 10 ms. Tato technologie se již nebude opírat o CDMA jako HSPA, ale bude založena na ortogonálním frekvenčním multiplexu OFDM. Tuto technologii využívá rodina xDSL, PLC a také konkurent LTE, technologie WiMAX. Největší rozdíl je v použití kmitočtového spektra. U předchozích technologií vysílaly stanice na předem daných, pevně širokých kanálech. Naproti tomu u OFDM se vysílá pomocí velkého počtu nosných, které jsou na sobě nezávislé a jsou umístěny velmi blízko sebe. Tím se maximálně využívá dané spektrum. OFDM je velmi dobře adaptivní a dokáže se přizpůsobit změnám ve frekvenčním pásmu. LTE dokáže vysílat pomocí OFDM až v 20 MHz pásmu rychlostí 100 Mb/s. 36

4 Simulační prostředí OPNET Modeler 14.5 Tato kapitola krátce představí simulační prostředí, určebé pro hlavní část této bakalářské práce. Program OPNET Modeler slouží pro simulaci a následnou analýzu různých druhů sítí. Hlavní výhodou je jeho efektivnost a výkonnost. Jedná se o graficky orientovaný nástroj. Výsledky simulací lze generovat ve formátech XML nebo HTML, popřípadě uložit data do tabulek. Simulace probíhá s určitým zrychlením, takže je možné nasimulovat měsíční chování sítě v řádu hodin. Obrovskou výhodou je široká řada knihoven, které mají dostupný zdrojový kód, takže je lze dále upravovat. Převzato z [15]. OPNET obsahuje mnoho modelů jednotlivých objektů, zde jsou uvedeny ty, které jsou v této práci používány spolu s krátkým komentářem. · umts_wkstn -

Obecná mobilní stanice UE, která má funkce typu klient/server.

· umts_node_b_adv -

Obecná základnová stanice Node B, která obsahuje podporu ATM.

· umts_rnc_ethernet_atm_slip - Kontroler RNC, který je součástí sítě UTRAN. Podporuje připojení přes rozhranní ATM, ethernet a sériové rozhranní podporující protokol SLIP. · umts_sgsn_ethernet_atm9_slip - Reprezentuje UMTS Serving GPRS Support Node. Má jeden port ATM, 9 portů ethernet a jeden SLIP. Směřuje datové pakety. · umts_ggsn_slip8 -

Brána systému UMTS do vnějších sítí, podporuje řadu protokolů. Obsahuje 8 SLIP portů.

· ip32_cloud -

Reprezentuje síť Internet podporující sériové linky. Směrování pomocí protokolů RIP a OSPF.

· ethernet4_slip8_gtwy - Klasický router, se 4 ethernetovými a 8 SLIP porty. Směrování probíhá pomocí protokolů RIP a OSPF. · ethernet16_switch -

Klasický switch, který má 16 ethernetových portů podporujících rychlost až 1 Gb/s.

· ethernet_server -

Reprezentuje server, který podporuje protokoly TCP/IP nebo UDP/IP a služby, které jsou ve vyšších vrstvách. Podporuje rychlost stahování až 1 Mb/s.

Tímto je zhruba popsáno prostředí, ve kterém bude probíhat simulace a jeho jednotlivé prvky. Nyní již přistoupíme k samotnému modelování sítě UMTS.

37

5 Simulace v prostředí OPNET 5.1 Scénář Vzdalenost Cílem tohoto scénáře je simulovat chování UE v síti UMTS v závislosti na vzdálenosti od Node B. Zaměříme se zejména na přenosovou rychlost, výkon a odstup signál/šum. 5.1.1 Vytvoření simulačního modelu sítě UMTS v prostředí OPNET Vytvoření nového projektu a scénáře Nejprve si vytvoříme zcela nový projekt, kam poté umístíme všechny potřebné komponenty sítě UMTS. 1) Spustíme OPNET Modeler 14.5. 2) V položce File zvolíme New... a vybereme Project. 3) Pojmenujeme projekt v řádce Project name: (podle této položky se jmenuje složka umístěná na disk), v našem případě bilek_UMTS. 4) Pojmenujeme scénář v řádce Scenario name:, v našem případě Vzdalenost. 5) Necháme zašktnutý check box Use Startup Wizard when creating new scenarios a dáme OK. 6) Z nabídky vybereme Create empty scenario a zvolíme Next. 7) Z nabídky Network Scale vybereme položku Campus. Check box Use metric units necháme zaškrtnutý a zvolíme opět Next. 8) V tomto okně se nastavuje velikost vytvořeného prostředí. Do řádků X span a Y span zadáme 100. V položce Units necháme Kilometers a poklepeme na Next. 9) V okně Select Technologies zvolíme používané technologie pro paletu objektů, která bude dále používána. Pokud by byly potřeba další objekty jiné technologie, tento výběr k nim neznemožní přístup. Vybereme položky ethernet, internet_toolbox, UMTS a UMTS_advance. Poté poklepeme opět na Next. 10 V posledním okně se mi objeví celkový výpis mnou zvolených parametrů. Poklepeme na Finish.

Obr. 5.1: Vytvořený nový projekt s paletou objektů 38

Vytvoření modelu sítě z palety objektů a jejich nastavení Máme vytvořený nový prázdný projekt, nyní musíme vložit objekty sítě a pospojovat je kabeláží. Postupně vybereme z okna Object Palette Tree tyto položky (měly by se všechny nacházet v rozbalené nabídce): Application Config s názvem APP, ethernet16_switch, který pojmenujeme Switch, ethernet4_slip8_gtwy se jménem Router, ethernet_server pojmenovaný FTP_server, ip32_cloud s názvem Internet, Profile Config nazveme PROF, umts_ggsn_slip8 pojmenovaný GGSN, umts_sgsn_ethernet_atm9_slip s názvem SGSN, umts_rnc_ethernet_atm_slip se jménem RNC, umts_node_b_adv pojmenovaný Node_B_0 a umts_wstn s názvem UE_0. Objekty jsme vybrali a rozmístili po ploše do její pravé horní části, nyní je musíme propojit kabeláží. Mezi Node_B_0 a RNC a mezi RNC a SGSN použijeme z palety ATM_adv (Duplex Link). Dále mezi objekty SGSN a GGSN, GGSN a Internet, Internet a Router použijeme PPP_DS3. Nakonec mezi Router a Switch a mezi Switch a FTP_server dáme spojení pomocí 100BaseT. Nyní zkontrolujeme, zda jsou všechny objekty propojeny na správná rozhranní. Pokud bychom toto neudělali, nemusela by simulace správně fungovat. Najedu myší na propojení mezi Node_B_0 a RNC a stiskneme pravé tlačítko. Vybereme položku Edit Attributes a otevře se nové okno. V řádku transmitter a by mělo být RNC.nodeb_atm_tx_0. Podobně by měl vypadat řádek receiver a: RNC.nodeb_atm_rx_0. Mezi RNC a SGSN vypadá zápis RNC.atm_tx_0_0 popř. RNC.atm.rx_0_0. U ostatních spojení by již neměl být problém, pokud ano, nastavují se podobným způsobem jako zde uvedené. Dalším krokem bude vytvoření trajektorie pro pohyb koncového zařízení UE_0. Postup je následující - v hlavní liště vybereme položku Topology a z rozbalené nabídky Define Trajectory..., otevře se mi nové okno. Trajektorii pojmenujeme UE_0_traj a klikneme na Define Path. Objeví se okno Trajectory Status, ve kterém vidíme pozici kurzory v souřadnicích a můžeme zadat rychlost pohybu po trajektorii (položka Speed). Volba 6 km/h, zhruba odpovídá rychle se pohybující osobě. Začátek trajektorie umístíme na objekt UE_0 a konec do diagonálně vzdáleného rohu. Objeví se nové okno Trajectory UE_0_traj:Segment Information, kde dáme Complete. Tímto bychom měli mít vytvořenu síť, která je zobrazena na Obr. 5.2. Nyní nastavíme aplikace pro síť UMTS. Pravým tlačítkem poklepeme na objekt Application Config a zvolíme Edit Attributes. Rozbalíme položku Application Definition a do řádku Number of Rows zadáme 1, v řádku Name aplikaci pojmenujeme ftp_app. Rozbalíme nabídku Description a u řádku Ftp zvolíme Edit. Zde dále nastavíme tyto položky: Command Mix (Get/Total) - poměr v procentech mezi příkazy pro dowload a upload. Nastavíme hodnotu 50 %. Inter-Request Time (seconds) - doba mezi dvěma žádostmi, které se zasílají na FTP server. Nastavíme exponential (20). File Size (bytes) - Velikost souboru v bytech. Nastavíme constant (15000). 39

Obr. 5.2: Model sítě UMTS pro scénář Vzdalenost Symbolic Server Name - Jméno serveru, na který se bude aplikace připojovat. Zadáme FTP_server (jméno serveru v modelované síti). Type of Service - Parametr týkající se QoS, určuje se zde priorita provozovaných aplikací, v našem případě ponecháme výchozí Best Effort (0). RVSP Parameters - Rezervování šířky pásma, v našem případě se nevyužívá. Ponecháme hodnotu None. Nastavení aplikace je vidět na Obr. 5.3.

Obr. 5.3: Nastavení aplikace ftp_app Po nastavení aplikace přejdeme k nastavení profilů, které se váží k simulaci. Pravým tlačítkem poklepeme tentokrát na Profile Config a vyberu Edit Attributes. Stejně jako u aplikace, zadáme do Number of Rows číslo 1 a profil pojmenujeme ftp_prof. Rozbalíme položku Applications a do Number of Rows a napíšeme 1. V položce Name by se měla objevit výše vytvořená aplikace ftp_app. Další položky nastavíme takto: Start Time Offset (seconds) - Nastavení času, kdy se daná aplikace spustí po začátku profilu. Ponecháme nastavení uniform (5,10), což je náhodně v rozmezí 5 až 10 sekund. Na simulaci to nebude mít vliv. 40

Duration - Doba trvání aplikace. Jelikož mám jedinou aplikaci, necháme ji běžet po celou dobu trvání profilu, tj. End of Profile. Repeatability - Nastavení opakování jednotlivých aplikací daného profilu. Jelikož naše aplikace běží až do konce profilu, ponecháme tuto položku beze změn. Tímto jsme nastavili hodnoty pro aplikaci v daném profilu. Samotný profil nastavíme takto: Operation Mode - Definuje, jak se budou jednotlivé aplikace spouštět. Nastavíme zde volbu Simultaneous, což je všechny ve stejný čas, opět by jakékoliv nastavení nemělo mít vliv na simulaci. Tato volba se osvědčila při předchozích experimentech v tomto prostředí. Start Time (seconds) - Nastavení doby, kdy bude daný profil spuštěn. Nastavíme constant (60). Duration - Doba trvání profilu. Vybereme trvání do konce simulace, End of Simulation. Repeatability - Nastavení opakování profilů. Zde zadáme Once at Start Time. Nastavení profilu je vidět na Obr. 5.4.

Obr. 5.4: Nastavení profilu ftp_prof Aplikace a profil máme nastavené, nyní je musíme přiřadit jednotlivým objektům a těm ještě přiřadit IP adresy. Nejdříve nastavíme FTP klienta, který je představován mobilní stanicí UE_0. Najedeme na něj myší a pravým tlačítkem vyvolám menu, ze kterého vybereme položku Edit Attributes. Rozbalíme položku Applications a v ní vybereme položku Application: Supported Profiles. Hodnotu Number of Rows 41

nastavíme opět na 1. V Profile Name vybereme vytvořený profil ftp_prof. Následuje nastavení IP rozhraní. Rozbalíme položku IP a v ní IP Host Parameters a dále Interface Information. Zde nastavíme položku Address na 150.149.0.3 a Subnet Mask na Class B (natural). Nastavení klienta lze vidět na Obr. 5.5.

Obr. 5.5: Nastavení clienta FTP s názvem UE_0 Podobně jako FTP clienta nastavíme i FTP server. Opět najedeme myší na objekt pojmenovaný FTP_server, poklepeme pravým tlačítkem a z menu vybereme Edit Attributes. Rozbalíme položku Applications a v položce Application: Supported Services vybereme Edit... Zde nastavíme hodnotu 1 v Rows a přiřadíme položce Name aplikaci ftp_app. Potvrdíme OK a rozbalíme si položky IP ® IP Host Parametrs ® Interface Information. Zde zadáme do Address číslo 150.148.0.2 a v Subnet Mask zvolíme Class B (natural). Volbu potvrdíme stiknutím OK. Jako další objekt nastavíme základnovou stanici Node_B_0, jak je vidět na Obr. 5.6. Opět najedeme nad objekt, stiskneme pravé tlačítko a vybereme Edit Attributes. Rozbalíme položku UMTS. Serving RNC ID nastavíme na hodnotu 0, UMTS Cell ID taktéž. Rozbalíme UMTS Cell Pathloss Parameters a Shadow Fading 42

Standard Deviation nastavíme na 8.0. Jedná se o nastavení odchylky sigma [16]. V Pathloss Model zvolíme Free Space. Tím je Node B nastaven.

Obr. 5.6: Nastavení základnové stanice Node_B_0 Jako poslední nastavíme kontroler RNC. Výše uvedeným způsobem se dostaneme do vlatností, do úrovně UMTS RNC Parameters ® Handover Parametrs, kde nastavíme položku Active Set Size na 1. Tímto jsme zvolili počet aktivních buněk v seznamu. Máme nastaveny všechny potřebné parametry, můžeme se tedy pustit do simulace. Nastavení sledovaných veličin pro simulaci Zde nastavím všechny veličiny, které chci po dobu simulace sledovat. Výběr provedu tak, že pravým tlačítkem kliknu do volné plochy a vyberu z menu položku Choose Individual DES Statistics. Zde vyberu následující položky: Z Node Statistics: Client Ftp: · Traffic Received (byte/sec). · Traffic Sent (byte/sec). UMTS UE RLC/MAC: · Total Received Throughput (bits/sec). · Total Transmit Load (bits/sec). UMTS UE RLC/MAC (PER PHY CHNL): · Uplink Actual Eb/No (dB). · Uplink Reception Power (dBm). · Uplink Transmission Power (dBm). 43

5.1.2 Popis scénáře Dříve než přistoupíme k vlastní simulaci, popíšeme si situace, které se v tomto scénáři dějí. Šedesát sekund po spuštění simulace začne být aktivní profil ftp_prof, který je přiřazen objektu mobilní stanice UE_0. Tento objekt se navíc začíná pohybovat směrem od základnové stanice Node_B_0. Dle teoretických předpokladů by měl stoupat výkon, který mobilní stanice vydává, přičemž přenosová rychlost zůstane přibližně konstantní. V určité vzálenosti dojde k přerušení spojení, protože mobilní stanice bude již příliš daleko od základnové stanice. 5.1.3 Vlastní simulace scénáře Nyní popíši, jak jsem nastavil simulaci. Charakteristiky, které nás zajímají, jsme již nastavili ve výše popsaném bodě. Simulaci spustíme poklepáním na ikonku nebo v menu DES ® Configure/Run Discrete Event Simulation. Zobrazí se okno s názvem Configure/Run DES, kde nastavíme tyto parametry: Duration - Doba trvání simulace. Nastavíme hodnotu 13 hour(s), což je doba, za kterou mobilní stanice dorazí na konec trajektorie. Values per statistic - Počet hodnot, které budou z každé statistiky uloženy. Napíšeme hodnotu 100. Update interval - Aktualizace křivky podle počtu událostí. Zadáme hodnotu 500000. Simulation Kernel - Výběr kernelu pro simulaci. Z nabízených položek vybereme Optimized. Nastavení simulace můžeme vidět na Obr. 5.7. Dále aktivuji na tlačítko Run. Spustí se simulace, která trvá několik minut. Zobrazení výsledků Výsledné grafy simulace zobrazíme pomocí klepnutí na ikonku nebo v menu DES ® Results ® View Statistics... Zde se rozbalují zadané charakteristiky, jak globální, tak ty, které patří jednotlivým objektům. Vše je děleno stejně, jako u výběru charakteristik v Choose Individual DES Statistics.

Obr. 5.7: Nastavení simulace 44

5.1.4 Výsledky simulace Cílem simulace bylo zjistit, jak se chová přenosová rychlost a výkon mobilní stanice v závislosti na vzdálenosti od základnové stanice. Nejdříve se zaměříme na přenosovou rychlost. Na Obr. 5.8 je vidět okamžitá přenosová rychlost jak ve směru uplink (Client FTP.Traffic Received), tak ve směru downlink (Client FTP.Traffic Sent).

Obr. 5.8: Okamžitá přenosová rychlost UE_0 Je vidět, že po uplynutí doby 4 hodin a 17 minut nastává konec přenosu. Je to způsobeno tím, že mobilní stanice je již z dosahu Node B. Samotná doba ukončení ovšem mnoho nevypoví. Potřebujeme vědět vzdálenost, kdy k této situaci dojde. Vypočítáme proto tuto vzdálenost z údajů o trajektorii, kdy známe dobu, za kterou mobilní stanice projede celou trajektorii: x

doba _ kterou _ chci _ určit 4 , 2833  délka _ celé _ trajektori e   125, 049  42 ,8497 km doba _ konce _ trajektori e 12 ,5

Vychází nám tedy vzdálenost přibližně 42,85 kilometru. Tuto vzdálenost můžeme na základě simulace považovat za poloměr buňky. Z průběhu grafu na obrázku 5.8 lze vypozorovat, že přenosová rychlost ve směru uplink zůstává víceméně konstantní, ve směru downlink naopak lehce klesá. Je to dáno tím, že vysílání směrem uplink ovlivňuje výkon Node B, zatímco ve směru downlink je to záležitost mobilní stanice. Tuto situaci lépe vydíme v grafu průměrné 45

přenosové rychlosti na Obr. 5.9. Průměrná přenosová rychlost se pohybuje kolem 400 B/s

Obr. 5.9: Průměrná přenosová rychlost UE_0 Přenosová rychlost tedy zůstává takřka konstantní v závislosti na vzdálenosti mobilní stanice od Node B. Nyní se zaměříme na výkonové charakteristiky této simulace. Na Obr. 5.10 jsou průběhy průměrných hodnot vysílaného a přijímaného výkonu. Jejich okamžité hodnoty jsou vidět na Obr. 5.11. Vidíme, že výkon ve směru uplink je téměř konstantní na hodnotě -96,7728 dBm. Dochází zde k menším lokálním maximům, které však nepřekračují hodnotu -96,7761 dBm. Průměrná hodnota se jeví jako konstantní. Je to logické, protože o vysílací výkon ve směru uplink se stará Node B. Na straně přijímu v mobilní stanici je tedy konstantní. Opačná situace ovšem nastává u výkonu, který mobilní stanice vydává při vysílání, tedy ve směru downlink. Zde se vzrůstající vzdáleností dochází k nárůstu výkonu a to poměrně dramaticky. Na Obr. 5.11 je vidět nárůst z hodnoty -9,84 dBm až na hodnotu -6,46 dBm. Výkon se tedy zvětšil o 3,38 dB. Dalším důležitým parametrem je odstup signálu od šumu S/N. Tato závislost je vidět na grafu v Obr. 5.12. Většina změřených bodů nabývá hodnot mezi 4,5642 decibely a 4,5644 decibely. Postupně, jak se vzdálenost mezi mobilní stanicí a Node B zvětšuje dochází k občasnému poklesu. V místě největšího poklesu je hodnota odstupu signálu od šumu 4,5610 dB. I tak můžeme říct, že v závislosti na vzdalující se mobilní stanici zůstává odstup signálu od šumu konstantní. 46

Obr. 5.10: Průměrný přijímaný a vysílací výkon UE_0

Obr. 5.11: Okamžitý přijímaný a vysílací výkon UE_0 47

Obr. 5.12: Odstup signálu od šumu S/N Tímto máme nasimulovaný scénář, který se zabýval závislostí přenosové rychlosti na vzdálenosti mobilní stanice UE od základnové stanice Node B. Další částí této práce bylo simulovat zatížení sítě.

48

5.2 Scénář Zatizeni Cílem tohoto scénáře je sledování přenosové rychlosti u jednotlivých účastníků v závislosti na zatížení sítě (počtu účastníků, kteří jsou přihlášení k jedné základnové stanici). Sledovanými parametry budou celkový provoz na FTP serveru, propustnost u Node B, přenosová rychlost, výkon, odstup signálu od šumu a interference u mobilní stanice. 5.2.1 Úprava předchozího scénáře a vytvoření modelu sítě v prostředí OPNET Nejdříve poklepeme na hlavní liště na Scenarios ® Duplicate Scenario... a scénář pojmenujeme Vzdalenost. Jako první vymažeme trajektorii u objektu UE_0. Dále přidáme do okolí Node_B_0 dalších 9 objektů umts_wkstn. Naeditujeme nové profily v Profile Config. Poklepeme na tento objekt pravým tlačítkem a zvolíme Edit Attributes. Rozbalíme Profile Configuration a do položky Number of Rows zadáme číslo 10. Profil ftp_prof přejmenujeme na ftp_prof1. Pro pořádek je zde uvedeno, jak je nastavený, protože stejně budou nastavené i ostatní profily, jen budou mít jiné startovací doby. V položce Applications nastavíme hodnotu 1 do Number of Rows a vybereme aplikaci ftp_app. Další položky jsou nastaveny takto: Start Time Offset (seconds) - uniform (5,10). Duration - End of Profile. Repeatability - ponecháme tuto položku beze změn. Operation Mode - Simultaneous . Start Time (seconds) - constant (60). Duration - End of Simulation. Repeatability - Once at Start Time. Další profily pojmenujeme ftp_prof2, ftp_prof3, až ftp_prof9. Nastavíme je stejně jako první profil, jen se budou lišit v položce Start Time (seconds). Zde nastavíme pro každý profil jiné hodnoty podle následujícího soupisu: ftp_prof1 - constant (60), ftp_prof2 - constant (3600), ftp_prof3 - constant (7200), ftp_prof4 - constant (10800), ftp_prof5 - constant (14400), ftp_prof6 - constant (3600), ftp_prof7 - constant (7200), ftp_prof8 - constant (10800), ftp_prof9 - constant (14400), ftp_prof10 - constant (14400). Jak je vidět, některé profily se shodují, nabízí se tedy otázka, proč jich je tolik. Jde o krok, který slouží k testovacím účelům, kdy je potřeba doby začátky profilů měnit. 49

V konečné verzi se tedy některé profily shodují a není rozhodující zda objektu přiřadíme profil ftp_prof5 nebo ftp_prof10. Budeme se při přiřazování držet toho, že pro každý objekt bude jiný profil, i když fakticky budou tyto profily stejné. Navíc u profilu ftp_prof4 nastavím dobru trvání Duration na constant (5400) . Nyní přistoupíme k nastavení objektů mobilních stanic. Objekt pojmenovaný UE_0 nechám ve stejném nastavení, jaké měl v předchozím scénáři. Další objekty nastavím podobně. Číslice v jejich názvech budou postupně inkrementovány. Tím tedy obdržíme objekty UE_1, UE_2, až UE_9. Každému objektu přiřadíme vlastní profil přes Edit Attributes ® Applications ® Application: Supported Profiles ® Number of Rows ® 1 a poté vybereme daný profil. Dále nastavíme IP adresu pomocí IP ® IP Host Parameters ® Interface Information ® Address a masku sítě všem nastavíme na Clas B (Natural). Soupis jednotlivých objektů, jejich profilů a IP adres je vypsán v Tab. 5.1. Celkové schéma sítě je vidět na Obr. 5.13. Tab. 5.1: Soupis objektů, jejich profilů a IP adres Objekt UE_0 UE_1 UE_2 UE_3 UE_4 UE_5 UE_6 UE_7 UE_8 UE_9

Název profilu ftp_prof1 ftp_prof2 ftp_prof3 ftp_prof4 ftp_prof5 ftp_prof6 ftp_prof7 ftp_prof8 ftp_prof9 ftp_prof10

IP adresa 150.149.0.3 150.149.0.4 150.149.0.5 150.149.0.6 150.149.0.7 150.149.0.8 150.149.0.9 150.149.0.10 150.149.0.11 150.149.0.12

Obr. 5.13: Model sítě UMTS pro scénář Vzdalenost

50

Nastavení sledovaných veličin pro simulaci Nyní musíme vybrat charakteristiky, které budeme chtít simulovat. Pravým tlačítkem klikneme na volnou plochu a vybereme Choose Individual DES Statistics. Zde vybereme tyto položky: Z Global Statistics: FTP: · Traffic Received (bytes/sec). · Traffic Sent (bytes/sec). Z Node Statistics: Client FTP: · Traffic Received (bytes/sec). · Traffic Sent (bytes/sec). UMTS Node-B: · Total Downlink Throughput (bits/sec). · Total Uplink Throughput (bits/sec). UMTS UE RLC/MAC (PER PHY CHNL): · Uplink Actual Eb/No (dB). · Uplink Average Interference (dBm). · Uplink Reception Power (dBm). · Uplink Transmission Power (dBm). 5.2.2 Popis scénáře Před samotnou simulací si popíšeme, co se v daném scénáři děje. V 60. sekundě běhu simulace se aktivuje ftp_prof1 a mobilní stanice UE_0 si začne vyměňovat data s FTP_serverem. Po hodině odsimulovaného času se připojí mobilní stanice UE_1 a UE_5. Po další hodině se připojí UE_2 a UE_6. Za další hodinu to budou UE_3 a UE_7. Stanice UE_4, UE_8 a UE_9 se připojí až čtyři hodiny po začátku simulace. Všechny profily, až na ftp_prof4, by měly trvat do konce simulace. Ftp_prof4 trvá jen 1,5 hodiny a v této době by mělo být zatížení nejvyšší. Teoreticky by se měla snižovat přenosová rychlost jednotlivých účastníků, kteří se připojují. 5.2.3 Vlastní simulace scénáře Simulaci opět spustíme kliknutím na ikonku běžce. V okně Configure/Run DES, nastavíme tyto parametry: Duration - 7 hour(s). Values per statistic - 100. Update interval - 500000. Simulation Kernel - Optimized. Po proběhnutí simulace zobrazíme výsledky opět poklepáním na ikonku grafů, tj. View Result.

51

5.2.4 Výsledky simulace Jako první se zaměříme na charakteristiku serveru, který poskytuje službu FTP. Zde nás zajímá jeho celková vytíženost, která by měla postupně stoupat, podle toho, jak se připojují jednotlivé mobilní stanice. Průběh lze vidět na Obr. 5.14.

Obr. 5.14: Zatížení FTP _serveru Můžeme pozorovat, že zatížení skokově roste, jak se přidávají jednotlivé mobilní stanice a je největší po 4 hodinách, kdy jsou připojeny všechny. Po odpojení UE_3 se o něco sníží a vytrvá na přibližně stejné hodnotě až do 6 hodin. Zde se ovšem vyskytla chyba, protože simulace trvá 7 hod a profily mají nastavenu dobu trvání až do konce simulace. Z tohoto i dalších průběhů je patrné, že OPNET je ukončil již kolem šesti hodin. Tuto chybu se bohužel nepodařilo odstranit, na samotné výsledky má ovšem malý vliv. Jako další parametr je na Obr. 5.15 zobrazen průběh propustnosti Node B v obou směrech. Charakteristika vesměs kopíruje průběh zatížení serveru. I zde se s každou nově přidanou mobilní stanicí zvyšuje hodnota a maximum je těsně po čtvrté hodině simulace (v čase 4 hodiny a 9 minut). Ve směru downlink dosahuje hodnoty 28700 b/s a ve směru uplink 32000 b/s. Nyní se již zaměřím na přenosovou rychlost jednotlivých mobilních stanic. Budu uvádět pouze průměrnou rychlost, která má při tomto větším počtu účastníků lepší vypovídající hodnotu. Na Obr. 5.16 a Obr. 5.17 jsou průběhy přenosových rychlostí, 52

Obr. 5.15: Propustnost Node_B_0 jak ve směru uplink (received), tak ve směru downlink (sent) pro mobilní stanice UE_0 a UE_7. Z obrázku je patrné, že přenosová rychlost zůstává víceméně konstantní. U prvně připojené stanice UE_0 se pohybuje v uplinku kolem 240 B/s a v downlinku nejdříve kolem 240 B/s a poté dokonce vzroste na průměrných 250 B/s. Zde ukázaná druhá mobilní stanice UE_7, která se připojí po třech hodinách simulace, má zcela jiný průběh průměrné přenosové rychlosti. Ta pozvolna celou dobu stoupá až k hodnotě 120 B/s ve směru downlink a 116 B/s ve směru uplink. Podobně se chovají i ostatní mobilní stanice (jejich průběhy jsou v Přílohách 7 a 8). Ovšem ty, které se připojí dříve, mají delší dobu na ustálení své přenosové rychlosti. Nikdy ale nedosáhnou rychlosti, kterou má mobilní stanice připojená dříve. Obecně lze říci, že mobilní stanice se připojí, její přenosová rychlost stoupá do určité hodnoty, na které se ustálí. Tato hodnota je však vždy nižší, než hodnota stanice, která se připojila dříve. Z toho vyplívá, že čím později se stanice připojí do sítě, tím bude mít menší přenosovou rychlost. Nyní se na celou problematiku podíváme z pohledu výkonových charakteristik mobilní stanice. Zajímat nás budou celkem čtyři vlastnosti, a to výkon pro příjem a vysílání, průměrné interference a s nimi související odstup signálu od šumu. Opět budeme brát v potaz mobilní stanice UE_0 a UE_7. Obr. 5.18 ukazuje výkonové průběhy obou stanic pro přijímaný signál (reception), tak i pro vysílaný 53

Obr. 5.16: Průměrná přenosová rychlost UE_0

Obr. 5.17: Průměrná přenosová rychlost UE_7 54

Obr. 5.18: Výkon přijímaný a vysílaný pro stanice UE_0 a UE_7 (transmission). Nejprve zhodnotíme mobilní stanici UE_0. Signál, který přijímá mobilní stanice od základnové stanice má největší rozložení bodů na hodnotě -96,77 dBm. Vlivem narůstajících interferencí v kanálové cestě se výkon občas zvýší a nejvyšší hodnota dosahuje -96,03 dBm. Z grafu je patrné, že pokud je mobilní stanice v síti sama, její výkon není nijak měněn. Po připojení dalších účastníků četnost výkonových výkyvů začíná narůstat. Na Obr. 5.19 můžeme vidět průběh interferencí. Pokud interference narůstají, lze pozorovat, že roste i vysílací výkon. Přesto můžeme tuto charakteristiku pokládat za konstantní, protože se neliší o více jak 1 dB. Podobná situace je i u výkonu, který vydává mobilní stanice. U této charakteristiky je největší výskyt bodů na hodnotě -9,015 dBm, nejvyšší hodnota dosahuje -8,274 dBm. Opět tedy minimum a maximum není větší jak 1 dB. Prakticky stejně vypadají výkonové charakteristiky u mobilní stanice UE_7. Zde se však většina bodů vyskytuje na hodnotě -96,77 dBm respektive -12,23 dBm. Obdobně vypadají výkonové charakteristiky všech ostatních účastníků, lze je nalézt v Přílohách 9 a 10 . Nyní se zaměříme na poslední měřené veličiny, odstup signálu od šumu a průměrnou hodnotu interferencí. Zde si popíšeme průběh jen u mobilní stanice UE_0. U ostatních mobilních stanic jsou průběhy a hodnoty velmi podobné, takže pro ně bude platit totéž, co pro tuto stanici. Všechny průběhy lze nalézt v Příloze 11. 55

Obr. 5.19: Odstup signálu od šumu a průměrná hodnota interferencí mobilní stanice UE_0 Průběh hodnot obou veličin na celém simulovaném intervalu je vidět na Obr. 5.19. Průběh odstupu signálu od šumu (Eb/No) je z velké části konstantní na hodnotě 4,57 dB. Interference mají interval hodnot od -110 dBm do -151 dBm. Zhruba po 4 hodinách simulace se větší část výskytu blíží k hodnotám kolem -137 dBm. Nastává tedy situace, kdy s rostoucím počtem účastníků v síti se hodnota interferencí zmenšuje, což je zajímavá situace. Očekával bych spíše opačnou tendenci, kdy s větším počtem účastníků dochází k nárůstu ovlivňování jednotlivých radiových kanálů. Nyní se zaměříme na souvislost mezi vyššími hodnotami interferencí a odstupem signálu od šumu. Na Obr. 5.20 je výřez z Obr. 5.19, kdy simulace byla v době 4:10 až 5:10. Například v čase mezi 4:30 a 4:35 dochází k většímu nárůstu interferencí, přibližně o 5 dBm. Odstup signálu od šumu se zvětšuje na některých místech o cca 0,3 dB, v jednom případě dokonce o 0,5 dB. Podobně se charakteristiky chovají i v čase mezi 5:00 a 5:05. Naopak mezi 4:45 a 4:50 vidíme pokles interferencí až na -150 dBm. Odstup S/N klesá na hodnotu 4,09 dB. Z těchto skutečností můžeme vyvodit závěr. Pokud stoupají průměrné interference stoupá také odstup signálu od šumu a naopak. Zde končí pasáž věnovaná simulaci v prostředí OPNET Modeler 14.5, nyní se blíže podíváme na reálné měření sítě UMTS. 56

Obr. 5.20: Detail odstupu signálu od šumu a průměrné hodnoty interferencí mobilní stanice UE_0

57

6 Reálné měření sítě UMTS - služba Internet 4G 6.1 Obecně o službě Internet 4G Službu Internet 4G poskytuje společnost T-Mobile. Nabízí pokrytí v 97 městech České republiky. Připojení lze provést pomocí tzv. 4G combi karty, nebo přes 4G modem. Internet 4G má dvě specifikace, pro Prahu a pro zbytek republiky. V Praze se využívá frekvenční pásmo 1910 – 1915 MHz, mimo Prahu pak 872 – 876 MHz. Obě specifikace využívají UMTS s časovým duplexem TDD UMTS a využívá OFDM. V současnosti nevyšší datový tarif nabízí připojení rychlostí až 1 Mb/s. Viz [14].

6.2 Použití služby Internet 4G pro měření v síti UMTS Pro vlastní praktické měření jsem použil 4G modem v městě Nymburk, s datovým tarifem Internet Standard. V tomto tarifu je maximální rychlost připojení až 512 kb/s. Parametry 4G modemu jsou takovéto: · rozměry: · napájení: · popojení s počítačem: · výstupní proud: · výstupní napětí: · pracovní kmitočet: · impedance: · všesměrový zisk: · polarizace: · odrazy na vstupu: · maximální výkon: · PSV (VSWR):

120 ´ 84 ´ 30 mm, hmotnost 250 g, síťový adaptér, USB, 1,0 A, 5,0 V ss, 872,0–875,8 MHz; 917,0–920,8 MHz; 1900–1920 MHz, 50 W, 2,5 dBi, vertikální, -10 dB nominálně v celém pásmu, 22 dBm, 1,7.

K měření přenosové rychlosti jsem využíval notebook, prohlížeč Mozilla Firefox a webové stránky http://www.dsl.cz/mereni-rychlosti. Pro měření signálu a odstupu signálu od šumu pak aplikaci web'n walk, která je standardně dodávána s modemem. Jak je vidět na Obr. 6.1 (převzat z [10]), v levém horním rohu se zobrazuje síla signálu a odstup signálu od šumu S/N.

Obr. 6.1: Aplikace web'n walk 58

6.3 Vlastní měření a dosažené výsledky Vlastní měření bylo zaměřeno na získání těchto charakteristik: Závislost přenosové rychlosti na vzdálenosti od základnové stanice. Závislost S/N na vzdálenosti od základnové stanice. Závislost síly signálu na vzdálenosti od základnové stanice. Jednotlivé body měření byly prováděny zhruba po 250 metrech, kde se měřily všechny dostupné veličiny. Výsledky ukazuje Tab. 6.1 a Obr. 6.2, 6.3 a 6.4. Graf užitečné přenosové rychlosti se přesně shoduje s grafem rychlosti připojení, proto není neuveden. Místa měření jsou naznačena v Příloze 12 křížkem. Tab 6.1: Naměřené hodnoty Vzdálenost [km] Signál [dBm] S/N [dB] Rychlost připojení [kb/s] 0 -60 9 422,54 0,248 -61 15 379,06 0,525 -61 3 374,93 0,85 -46 12 452 1,123 -50 18 125,11 1,162 -70 11 452 1,352 -62 10 425,24

Užitečná rychlost [kB/s] 52,8 47,4 46,9 56,5 15,6 56,5 53,2

Záv islost síly signálu na v zdále nosti od Node B 0 0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

-10

síla signálu [dBm]

-20 -30 -40 -50 -60 -70 -80 vzdá le nost [km ]

Obr. 6.2: Závislost síly signálu na vzdálenosti od základnové stanice Záv islost pomě ru S/N na v zdále nosti od Node B 20 18 16

S/N [dB]

14 12 10 8 6 4 2 0 0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

vzdá le nost [km ]

Obr. 6.3: Závislost S/N na vzdálenosti od základnové stanice 59

Záv islost rychlosti připoje ní na v zdále nosti od Node B 500 450 400

rychlost [kb/s]

350 300 250 200 150 100 50 0 0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

vz dá le nost [km ]

Obr. 6.4: Závislost rychlosti připojení (a také přenosové) na vzdálenosti od základnové stanice

6.4 Porovnání nasimulovaných a naměřených hodnot Nyní můžeme srovnat naměřené reálné hodnoty s těmi, které jsme získali ve scénáři Vzdalenost. Porovnávat přenosovou rychlost nemá smysl, jak jsme si již řekli v předchozích kapitolách. Jen pro připomenutí, je to dáno chybou v simulačním prostředí, kterou se nepodařilo nalézt. Zaměříme se tedy na srovnání odstupu signálu od šumu. Naměřené hodnoty se pohybují v rozmezí 3 až 18 dB (ve vzdálenosti 0,525 dochází k výraznému poklesu S/N). Nasimulované hodnoty mají hodnotu kolem 4,56 dB. Z toho můžeme vyvodit závěr, nasimulované hodnoty se liší od těch prakticky změřených. Příčin může být několik. První může být špatně nastavený objekt v simulačním prostředí OPNET, kde stejně jako u přenosové rychlosti vychází poněkud zcestné výsledky. Další příčinou může být samotné měření, které se od simulace liší. V simulaci uvažujeme pro celou síť pouze jednoho účastníka, naopak v reálném měření se o síť dělí vždy několik mobilních stanic, proto tedy mohou hodnoty vycházet jinak. Problém tohoto měření byl v tom, že postupným vzdalováním od jedné Node B se mobilní stanice dostávala do oblasti jiné, síla signálu se tedy sčítala a ke konci již docházelo k pravděpodobnému přepnutí na jinou základnovou stanici. Lze to usuzovat dle vzrůstající přenosové rychlosti při menší síle signálu. Zde tedy je rozpor s nasimulovanými hodnotami, kdy při vzrůstající vzdálenosti přenosová rychlost zůstávala konstantní, v praxi však klesá.

60

7 Závěr Mobilní sítě dávno neslouží jen pro telefonní hovory a posílání textových zpráv. Postupem času se přidávaly datové služby, které sloužily k posílání a čtení e-mailů a přenos malých objemů dat. Od spojově orientovaného HSCSD, které se nikdy moc nepoužívalo (hlavně díky malé reklamě) se přešlo na paketové služby. Jako první se prosadila GPRS, ta slouží v místech s nekvalitním signálem dodnes. Z GPRS se vyvinulo EDGE. V České republice přesněji jeho paketová specifikace EGPRS. Tato technologie již poskytuje solidní přenosové rychlosti a například T-Mobile ji používá pro své internetové připojení pokud není k dispozici síť UMTS. Velký zlom však nastal příchodem sítí třetí generace. Začátky standardu IMT-2000 byly více než problematické, ovšem po rozdrobení na několik dílčích a na sobě nezávislých technologií se po roce 2000 začalo s jejich implementací. V ČR se užívají dvě technologie: UMTS a CDMA 2000. Je pravda, že CDMA 2000, které poskytuje operátor O2 má mnohem širší pokrytí. Nedosahuje však takových rychlostí jako konkurenční UMTS společnosti T-Mobile. Současným trendem je nasazení technologií HSDPA a chystané spuštění HSUPA. Obě tyto technologie zvedají několikanásobně přenosové rychlosti, které již dosahují řádu několik megabitů za sekundu. Nyní nastává doba, kdy technologie mobilních mohou směle konkurovat pevnému připojení k Internetu. Budování sítí třetí generace je jednodušší, než pokládka kabelů u klasického ADSL. Važným problémem je ovšem přehlcení frekvenčního pásma. Tento problém lze řešit efektivním vyžitím stávajících kmitočtů pomocí nových technologií. Do budoucna se počítá s rapidním růstem přenosových rychlostí, ať již pomocí technologie HSPA+, nebo LTE. Samostatnou kapitolou je pak nasazení sítí 4. generace, které jsou zatím ve fázi vývoje. V praktické části práce je nejdříve popsáno simulační prostředí OPNET Modeler 14.5 a objekty, které jsou v této práci využity. Poté jsou popsány dva scénáře, jeden pro určení vlastností pohybující se mobilní stanice směrem od základnové stanice a druhý, zaměřený na simulaci zatížené sítě. Tvorba obou scénářů a následné nastavení simulace jsou důkladně popsány. Ve prvním scénáři je z grafů patrné, že přenosová rychlost zůstává po celou dobu takřka konstantní, dokud se mobilní stanice příliš nevzdálí od základnové stanice. Tato vzdálenost činí 42,85 kilometrů. Přenosová rychlost ovšem dosahuje po celou dobu simulace pouze hodnot kolem 400 B/s což je 3,2 kb/s. Zde lze označit chybu simulace, protože z teoretických poznatků a reálného měření je známo, že by měla být o dva řády výše. Tuto chybu se bohužel nijak nepodařilo odstranit. Příčinou je nejspíše špatně nastavené simulační prostředí OPNET, popř. některý z objektů. Dále je tento scénář zaměřen na výkonové charakteristiky. Výkon, který mobilní stanice vydává při příjmu dat se pohybuje na hodnotách kolem -96, 77 dBm a zůstává 61

prakticky konstantní. Ovšem výkon, který musí vydat při vysílání směrem k základnové stanici se se vzrůstající vzdáleností výrazně zvyšuje. Zvýší se o 3,38 dB. Poslední měřenou charakteristikou v tomto scénáři byl odstup užitečného signálu od šumu. Ten po celou dobu zůstává takřka konstantní na hodnotě 4,56 dB. Shrnutí tohoto scénáře je následující, se vzrůstající vzdáleností přenosová rychlost mobilní stanice zůstává konstantní, stejně jako její výkon, který je potřeba k přijímu signálu a odstup signálu od šumu. Výkon, který mobilní stanice musí vydat při vysílání se však zvětšuje. Druhý scénář je zaměřen na vlastnosti při postupném zatěžování sítě. Postupně je připojováno celkem 10 mobilních stanic k jedné stanici základnové. Scénář se zaměřuje na vytíženost FTP serveru, která dle předpokladů se vzrůstajícím počtem účastníků roste. Dále na propustnost u Node B, ta má stejný průběh jako vytíženost serveru. Přenosová rychlost prvně připojené stanice zůstává po celou dobu simulace takřka konstantní. Rychlosti přenosu dat u ostatních mobilních stanic postupně rostou, až se ustálí na konečných hodnotách. Ty jsou však menší, než u stanic, které se připojily před nimi. I zde se vyskytla chyba v řádech rychlostí. Nejvyšší rychlost má prvně připojená stanice a to mezi 240 až 260 B/s, což odpovídá zhruba 1,92 až 2,08 kb/s. Průběhy průměrných přenosových rychlostí všech mobilních stanic jsou uvedeny v Přílohách 7 a 8 . Dále se scénář zaměřuje na výkonové charakteristiky. Jejich průběhy se u všech účastníků takřka shodují, jiné jsou pouze jejich hodnoty. Jde o takřka konstantní charakteristiku s občasnými výkyvy. Tyto výkyvy se vyskytují častěji, pokud je v síti přítomno více účastníků. Všechny charakteristiky lze nalézt v Přílohách 9 a 10. Jako poslední jsem porovnával odstup signálu od šumu a vliv, který na něj mají interference. Ze simulace vyplývá, že pokud interference poklesnou, sníží se i odstup S/N a naopak, pokud interference vzrostou, S/N se zvýší. Jednotlivé průběhy pro všechny mobilní stanice jsou v příloze. Poslední částí této práce bylo praktické měření sítě UMTS, za pomocí služby Internet 4G společnosti T-Mobile. Konkrétně je tato část zaměřena na závislosti přenosové rychlosti na vzdálenosti od Node B, síle signále na vzdálenosti od Node B a odstupu S/N na vzdálenosti od Node B. Veličiny byly měřeny do vzdálenosti 1,352 kilometrů. To, že přímo u Node B nebylo dosaženo teoretických 2 Mbit/s je dáno použivaným tarifem. Průběh rychlosti vypadá tak, že když se mobilní stanice vzdaluje od Node B, přenosová rychlost pomalu klesá, slábne též síla signálu a mírně se zvětšuje poměr S/N. Prakticky změřené hodnoty se liší od těch simulovaných, je to dáno tím, že podmínky simulace byly jiné, než podmínky reálného měření. Celkově lze tuto práci shrnout jako představení nejpoužívanějších mobilních technologií pro přenos dat s výhledem do blízké budoucnosti. Simulační prostředí OPNET Modeler se ukázalo jako velmi komplexní, ale také velmi složité, kdy bez podrobné a srozumitelné dokumentace a předchozí znalosti šlo velmi obtížně dosáhnout přesných výsledků.

62

Seznam použité literatury [1]

BANNISTER, J., MATHER, P., COOPR, S., Convergence Technologie for 3G Networks. John Wiley & Sons, Ltd, England 2004.

[2]

HANUS, S., Bezdrátové a mobilní komunikace. Ústav radioelektroniky FEKT VUT, Brno 2002.

[3]

Wikipedie: Otevřená encyklopedie: General Packet Radio Service [online]. c2008 [citováno 27. 05. 2008]. Dostupný z WWW: .

[4]

Wikipedie: Otevřená encyklopedie: Enhanced Data Rates for GSM Evolution [online]. c2008 [citováno 27. 05. 2008]. Dostupný z WWW: .

[5]

Wikipedie: Otevřená encyklopedie: EGPRS [online]. c2007 [citováno 27. 05. 2008]. Dostupný z WWW: .

[6]

Wikipedie: Otevřená encyklopedie: High-Speed Downlink Packet Access [online]. c2008 [citováno 27. 05. 2008]. Dostupný z WWW: .

[7]

Wikipedia contributors, '3GPP Long Term Evolution', Wikipedia, The Free E n c y c l o p e d i a , 2 7 M a y 2 0 0 8 , 0 3 : 2 3 U T C , [accessed 27 May 2008].

[8]

Wikipedie: Otevřená encyklopedie: Multiple-input multiple-output [online]. c2008 [citováno 27. 05. 2008]. Dostupné z WWW: .

[9]

RICHTR, T.: Technologie pro mobilní komunikaci [on-line]. [cit. 2007-12-03]. Dostupné z URL: .

[10] PC Svět:HSCSD vs. GPRS (2.) [online]. c2004 [cit. 2007-12-03]. Dostupné z URL . [11] MOLNÁR, J.: UMTS [online]. [cit. 2007-12-05]. Dostupné z URL: . [12] MIKULÁŠTÍK, K.,Katedra radioelektroniky ČVUT-37 MK Mobilní komunikace [online]. c2007 [cit 2007-12-04]. Dostupné z URL: [13] LUPA.CZ: server o českém Internetu [online]. Praha: Internet Info,s.r.o.,1998. [cit. 2007-12-7].Dostupné z URL: . 63

[14] T-Mobile Czech Republic a.s.: Internet 4G [online]. c2008 [cit 2008-05-12]. Dostupné z URL: . [15] Novotný, V., Komunikační prostředky mobilních sítí - MKPM_L00_Úvod do Opnetu. Ústav telekomunikací FEKT VUT, Brno 2007. [16] Toman, P., Modelování zajištění kvality služeb v síti UMTS. Bakalářská práce, Ústav telekomunikací FEKT VUT, Brno 2006.

64

Seznam příloh Příloha 1: Mapa pokrytí EDGE u T-Mobile. Příloha 2: Mapa pokrytí EDGE u Vodafone. Příloha 3: Mapa pokrytí EDGE u O2. Příloha 4: Mapa pokrytí CDMA 2000 u O2. Příloha 5: Mapa pokrytí UMTS u T-Mobile. Příloha 6: Mapa pokrytí UMTS u O2. Příloha 7: Přenosová rychlost ve směru uplink všech UE ve scénáři Zatizeni. Příloha 8: Přenosová rychlost ve směru downlink všech UE ve scénáři Zatizeni. Příloha 9: Výkon ve směru uplink všech UE ve scénáři Zatizeni. Příloha 10: Výkon ve směru downlink všech UE ve scénáři Zatizeni. Příloha 11: Odstup signálu od šumu a interference všech UE ve scénáři Zatizeni. Příloha 12: Mapa města Nymburk s body měření.

65

Příloha 1

66

Příloha 2

67

Příloha 3

68

Příloha 4

69

Příloha 5

70

Příloha 6

71

Příloha 7

72

Příloha 8

73

Příloha 9

74

Příloha 10

75

Příloha 11

76

77

78

79

80

Příloha 12

81