4G-antennien testaus ja vertailu

Abstract

Tässä opinnäytetyössä perehdyttiin LTE-tekniikkaan ja erityisesti sen radiorajapintaan ja datanopeuteen vaikuttaviin tekijöihin sekä käytännön kenttätesteillä vertailtiin eri 4G-antennimalleja. Tavoitteena oli parantaa Suomen KTV-palvelu Oy:n 4G-antenniasennuspalvelua perehtymällä LTE-tekniikan teoriaan sekä kasvattamalla käytännön kokemusta antennien asentamisesta ja suuntausmittaamisesta. Toisena tavoitteena oli löytää sopivat 4G-antennimallit ja mobiiliverkon päätelaitteet Suomen KTV-palvelun myyntivalikoimaan.

LTE-yhteyksien radioverkon tekniikka downlink-suunnassa perustuu tehokkaaseen orthogonal frequency division multiplexing –modulaatioon. Radiokanavan resurssit voidaan jakaa käyttäjien kesken aika- ja taajuustasossa.

LTE-verkon signaalia voidaan analysoida LTEWatch-ohjelmalla. Ohjelman toiminta perustuu päätelaitteen tekemiin signaalin mittauksiin. Ohjelma näyttää signaalin voimakkuutta ja laatua kuvaavat arvot ja sillä voidaan tarvittaessa lukita päätelaite toimimaan halutulla taajuusalueella. Taajuusalueen valinnalla, radioyhteyden parantamisella ja usean antennin ”multiple input, multiple output” -tekniikkaa hyödyntämällä voidaan nostaa datanopeutta.

Työtä varten suoritettiin useita testimittauksia, joissa testattiin eri LTE-modeemimalleja ja useita eri 4G-antenneja. Testit suoritettiin mittaamalla signaalia LTEWatch-ohjelmalla ja datanopeuden mittaus tehtiin speedtest.net-sivuston testillä. Testien tulokset osoittivat, että signaalin voimakkuudella, laadulla ja erityisesti signaalin tehon suhteella kohinaan ja häiriöihin on suuri merkitys yhteyden datanopeuden kannalta. Modeemimallien välillä oli selkeät erot latausnopeuksissa. Antennimallien välillä erot eivät olleet yhtä selviä, sillä erillisillä mittauskerroilla saatiin erilaisia tuloksia johtuen eri olosuhteista. Yhtä parasta antennimallia ei voitu osoittaa, mutta testeissä huonosti pärjänneet mallit erottuivat joukosta.

Työn tavoitteisiin päästiin teoriaan perehtymisen ja kokemuksen karttumisen osalta. Absoluuttisesti parasta antennimallia ei löydetty, mutta mittausten perusteella voitiin karsia joitain malleja pois.

The purpose of this thesis was firstly to examine LTEtechnology radio interface and the factors that affect data rate, and secondly, to test and compare external 4G antennas in practice. The objective was to improve Suomen KTV-palvelu’s 4G antenna installation service by becoming familiar with the theory of LTE technology and acquiring more experience in installing, directing and measuring the antennas. The second objective was to find suitable antennas and devices that Suomen KTV-palvelu could sell.

The downlink radio interface of LTE is based on the efficient orthogonal frequency division multiplexing. Radio channel resources can be allocated between users in time and frequency domain.

The LTE signal can be analyzed with the LTEWatch software. The software’s operation is based on the signal measurements made by the user equipment itself. LTEWatch shows the measured power and quality indicators of the signal. With LTEWatch, it is also possible to choose between different available frequency bands. The data rate of the connection can be increased by using a frequency band with a wider bandwidth, by improving the radio channel conditions and by utilizing the “multiple input, multiple output” antenna technology.

Several measurement and test occasions were carried out for this thesis. Different LTE modems and antenna models were tested. The tests were conducted by measuring the signal with LTEWatch software and data rates were measured with the test provided by the speedtest.net site. The results demonstrate that the power and quality of the signal are important factors affecting the data rate. Especially important is the signal to interference and noise ratio. A clear difference in data speeds between different modems could be observed from the results. Differences between antennas were not as clear because results differed between measuring occasions as the conditions were different. A single best antenna model could not be found but the antennas that did not perform well in the tests stood out.

The objectives of the thesis were partly met. A great deal of experience and general knowledge regarding LTE technology was gained. However, a single superior antenna model was not discovered, but the tests helped to eliminate some weaker models.