LTE-A:n kolmen kantoaallon yhdistäminen DL-tiedonsiirrossa

Abstract

Insinöörityön tarkoituksena oli havainnollistaa LTE- sekä LTE-A-teknologioiden toimintaperiaate radiorajapinnan suhteen, mitkä tekniikaltaan tukevat ja tekevät mahdolliseksi työn varsinaisen aiheen, kantoaaltojen yhdistämisen (Carrier Aggregation, CA) matkapuhelinverkossa. LTE-A-teknologian merkittävimpänä ominaisuutena kantoaaltojen yhdistäminen tuo huomattavasti suurempia nopeuksia matkapuhelimen lähetys- ja vastaanottotiedonsiirroissa kapasiteetin parantamisen lisäksi.

Työssä tutustuttiin kantoaaltojen yhdistämisen tekniikkaan ja sen vaikutuksista radioverkon eri rajapintoihin sekä toteutettiin käytännön suorituskyvyn mittauksia marraskuussa 2017 LTE-A-verkossa. Mittauksissa keskityttiin vastaanoton (Downlink, DL) tiedonsiirtoon kolmella kantoaallolla hyödyntäen myös muita tiedonsiirtoon vaikuttavia LTE-A-teknologian ominaisuuksia, kuten moniantennitekniikkaa (Multiple-Input Multiple-Output, MIMO) sekä QAM-modulaatioita (Quadrature Amplitude Modulation).

Verkon mittauksia tehtiin yhdellä, kahdella sekä kolmella kantoaallolla, jotta pystyttiin ilmaisemaan suorituskykymittareita hyödyntäen yhdistettävien kantoaaltojen merkitystä CA-tiedonsiirrossa. Käyttökykymittauksista voitiin huomata teoreettisten nopeuksien poikkeavan käytännön eli loppukäyttäjän kokemista nopeuksista. Silti pystyttiin havaitsemaan huomattavaa tiedonsiirrossa konkretisoituvaa etua CA-ominaisuuden käytössä ja mahdollisuuksissa, millä pystytään täyttämään käyttäjien jatkuvasti kasvavia vaatimuksia matkapuhelinlaajakaistan käytössä.

The purpose of the thesis was to illustrate the operations of LTE and LTE-A technologies in the radio interface, both technologies enables Carrier Aggregation (CA), which is the actual subject of this thesis. As the most important feature of LTE-A technology, the Carrier Aggregation brings significantly higher throughputs to downlink and uplink data transfers in addition to capacity enhancement.

Technology of Carrier Aggregation was studied and its effects on the different interfaces of the radio network. Practical performance measurements were performed in the LTE-A network in November 2017. The performance measurements focused on downlink throughput with three carriers, utilizing also other LTE-A technology features such as Multiple-Input Multiple-Output (MIMO) and QAM modulation (Quadrature Amplitude Modulation).

Network measurements were performed with one, two and three carriers in order to be able to demonstrate the importance of combining carriers in CA data transfer using Key Performance Indicators (KPI). The difference between theoretical and practical throughputs experienced by the end user could be seen from the performance measurements. Nevertheless, it was possible to detect a significant concrete advantage and potential in data transfers when CA feature is enabled, which makes it possible to meet the increasing demands of end users in the use of mobile broadband.